Реферат: Проблемы существования и поиск внеземных цивилизаций

Реферат: Проблемы существования и поиск внеземных цивилизаций

Реферат по астрономии на тему:

ПРОБЛЕМЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ И ПОИСКА ВНЕЗЕМНЫХ

ЦИВИЛИЗАЦИЙ

Санкт-Петербург

1999 г.

В настоящее время вся совокупность наук человеческой цивилизации позволяет

сделать неопровержимый вывод о возможности и большой вероятности

существования жизни, в том числе разумной, в подходящих для этого местах

Вселенной, в частности в нашей Галактике.

Физика и астрофизика установили факт тождественности физических законов во

всей видимой части Вселенной. Астрономия показала, что Солнце и наша

Галактика по различным параметрам являются рядовыми "средними" объектами

Вселенной среди множества им подобных.

Для того чтобы возникла жизнь, необходимо наличие определенных атомов. Все

живое состоит в основном из водорода, кислорода, азота, углерода и

незначительного количества более тяжелых элементов от фосфора и кальция до

железа. Эти элементы, как сейчас установлено астрофизикой, возникли в недрах

первичных звезд, состоявших из водорода и гелия. Элементы тяжелее водорода

образовывались в недрах звезд первичного поколения при их сжатии благодаря

вспыхивавшей термоядерной реакции. Затем следовали взрыв, сброс оболочки

звезды и образование звезд вторичного поколения с планетами вокруг них, что

привело к созданию множества мест, богатых необходимыми элементами и их

соединениями.

Органические соединения на образовавшихся планетах могли возникать в ходе

последующего теплового процесса в истории развития планет. Суть этого

процесса в разогреве недр планеты вследствие радиоактивного распада урана,

тория и калия-40 и в выносе на поверхность горячих расплавленных масс.

Взаимодействие с водой могло привести к образованию сложных органических

соединений, послуживших основой для возникновения живой клетки.

Вопрос происхождения органических соединений получил новое освещение, когда

совершенно неожиданно радиоастрономические методы позволили обнаружить в

туманностях около 50 различных, в том числе органических, соединений,

содержащих более десятка атомов в молекуле. Были обнаружены соединения,

являющиеся основой белков живых организмов.

Есть основания полагать, что в этих туманностях идет интенсивное

звездообразование и вполне возможно, что образуются планеты с уже

подготовленными органическими соединениями, которые вовсе не обязательно

должны разрушаться в процессе конденсации планет.

Космология довольно надежно установила пути эволюции вещества во Вселенной от

нуклеосинтеза тяжелых атомов до образования неорганических соединений. Но

науке пока совершенно не ясен переход от неживых органических соединений к

живым, т.е. способным к самовоспроизведению по определенному рецепту -

генетическому коду. Этот переход к высшей организации вещества остается

темным местом в цепи общей эволюции материи.

Сказанное об эволюционном развитии вещества во Вселенной по современным

представлениям можно изобразить в схематическом виде.

Для эволюции живых организмов от

простейших форм (вирусы, бактерии) к разумным существам необходимы огромные

интервалы времени так как “движущей силой” такого отбора являются мутации и

естественный отбор - процессы, носящие случайный характер. Именно через большое

количество случайных процессов реализуется закономерное развитие от низших форм

жизни к высшим. На примере нашей планеты Земли мы знаем, что этот интервал

времени, по-видимому, превосходит миллиард лет. Поэтому только на планетах,

обращающихся вокруг достаточно старых звёзд, мы можем ожидать присутствия

высокоорганизованных живых существ. При современном состоянии астрономии мы

можем только говорить об аргументах в пользу гипотезы о множественности

планетных систем и возможности возникновения на них жизни. Строгим

доказательством этих важнейших утверждений астрономия пока не располагает. Для

того, чтобы говорить о жизни, надо по крайней мере считать, что достаточно

старые звёзды имеют планетные системы. Для развития жизни на планете

необходимо, чтобы выполнялся рад условий общего характера. И совершенно

очевидно, что далеко не на каждой планете может возникнуть жизнь.

Мы можем себе представить вокруг каждой звезды, имеющей планетную систему,

зону, где температурные условия не исключают возможности развития жизни. Вряд

ли она возможна на планетах вроде Меркурия, температура освещённой Солнцем

части которого выше температуры плавления свинца, или вроде Нептуна,

температура поверхности которого -200°C. Нельзя, однако, недооценивать

огромную приспособляемость живых организмов к неблагоприятным условиям

внешней среды. Следует еще заметить, что для жизнедеятельности живых

организмов значительно “опаснее” очень высокие температуры, чем низкие, так

как простейшие виды вирусов и бактерий могут, как известно, находится в

состоянии, при котором жизненные процессы резко замедляются, что способствует

выживанию в неблагоприятных условиях температуры, близкой к абсолютному нулю.

Кроме того, необходимо, чтобы излучение звезды на протяжении многих сот

миллионов и даже миллиардов лет оставалось приблизительно постоянным.

Например, обширный класс переменных звёзд, светимости которых сильно меняются

со временем (часто периодически), должен быть исключён из рассмотрения.

Однако большинство звёзд излучает с удивительным постоянством. Например,

согласно геологическим данным, светимость нашего Солнца за последние

несколько миллиардов лет оставалась постоянной с точностью до нескольких

десятков процентов.

Чтобы на планете могла появится жизнь, её масса не должна быть слишком

маленькой. С другой стороны слишком большая масса тоже является

неблагоприятным фактором, на таких планетах невелика вероятность образования

твёрдой поверхности невелика, они обычно представляют из себя газовые шары с

быстро растущей к центру плотностью (например, Юпитер и Сатурн). Так или

иначе, массы планет, пригодных для развития жизни, должны быть ограничены как

сверху, так и снизу. По-видимому, нижняя граница возможностей массы такой

планеты близка к нескольким сотым массы Земли, а верхняя в десятки раз

превосходит земную. Очень большое значение имеет химический состав

поверхности и атмосферы. Как видно, пределы параметров планет, пригодных для

жизни, достаточно широки.

Для изучения жизни нужно, прежде всего определить понятие “живое вещество”.

Этот вопрос является далеко не простым. Многие ученые, например, определяют

живое вещество как сложные белковые тела, обладающие упорядоченным обменом

веществ. Такой точки зрения придерживался, в частности, академик А.И.Опарин,

много занимавшийся проблемой происхождения жизни на Земле. Конечно, обмен

веществ есть существеннейший атрибут жизни, однако вопрос о том, можно ли

сводить сущность жизни, прежде всего к обмену веществ, является спорным. Ведь

и в мире неживого, например, у некоторых растворов, наблюдается обмен веществ

в его простейших формах. Вопрос об определении понятия “жизнь” стоит очень

остро, когда мы обсуждаем возможности жизни на других планетных системах.

В настоящее время жизнь определяется не через внутреннее строение и вещества,

которые её присущи, а через её функции: “управляющая система”, включающая в

себя механизм передачи наследственной информации, обеспечивающей сохранность

последующим поколениям. Тем самым благодаря неизбежным помехам при передаче

такой информации наш молекулярный комплекс (организм) способен к мутациям, а

следовательно к эволюции.

Возникновению живого вещества на Земле (и, как можно судить по аналогии, на

других планетах) предшествовала довольно длительная и сложная эволюция

химического состава атмосферы, в конечном итоге приведшая к образованию ряда

органических молекул. Эти молекулы впоследствии послужили как бы

“кирпичиками” для образования живого вещества.

По современным данным планеты образуются из первичного газово-пылевого

облака, химический состав которого аналогичен химическому составу Солнца и

звёзд, первоначальная их атмосфера состояла в основном из простейших

соединений водорода - наиболее распространённого элемента в космосе. Больше

всего было молекул водорода, аммиака, воды и метана. Кроме того, первичная

атмосфера должна была быть богата инертными газами - прежде всего гелием и

неоном. В настоящее время благородных газов на Земле мало, так как они в своё

время улетучились в межпланетное пространство, как и многие водородсодержащие

соединения.

Однако, по-видимому, решающую роль в установлении состава земной атмосферы

сыграл фотосинтез растений, при котором выделяется кислород. Не исключено, что

некоторое, а может быть даже существенное, количество органических веществ было

принесено на Землю при падениях метеоритов и, возможно, даже комет. Некоторые

метеориты довольно богаты органическими соединениями. Подсчитано, что за 2

млрд. лет метеориты могли принести на Землю от 108 до 1012

тонн таких веществ. Также органические соединения могут в небольших количествах

возникать в результате вулканической деятельности, ударов метеоритов, молний,

из-за радиоактивного распада некоторых элементов.

Имеются довольно надёжные геологические данные, указывающие на то, что уже

3.5 млрд. лет назад земная атмосфера была богата кислородом. С другой стороны

возраст земной коры оценивается геологами в 4.5 млрд. лет. Жизнь должна была

возникнуть на Земле до того, как атмосфера стала богата кислородом, так как

последний в основном является продуктом жизнедеятельности растений. Согласно

недавней оценке американского специалиста по планетной астрономии Сагана,

жизнь на Земле возникла 4.0 - 4.4 млрд. лет назад.

Механизм усложнения строения органических веществ и появление у них свойств,

присущих живому веществу, в настоящее время ещё недостаточно изучен, хотя в

последнее время наблюдаются большие успехи в этой области биологии. Но уже

сейчас ясно, что подобные процессы длятся в течение миллиардов лет.

Любая сколь угодно сложная комбинация аминокислот и других органических

соединений - это ещё не живой организм. Можно, конечно, предположить, что при

каких-то исключительных обстоятельствах где-то на Земле возникла некая

“праДНК”, которая и послужила началом всему живому. Вряд ли, однако, это так,

если гипотетическая “праДНК” была вполне подобна современной. Дело в том,

что современная ДНК сама по себе совершенно беспомощна. Она может

функционировать только при наличии белков-ферментов. Думать, что чисто

случайно, путём “перетряхивания” отдельных белков - многоатомных молекул,

могла возникнуть такая сложнейшая машина, как “праДНК” и нужный для её

функционирования комплекс белков-ферментов - это значит верить в чудеса.

Однако можно предположить, что молекулы ДНК и РНК произошли от более

примитивной молекулы.

Для образовавшихся на планете первых примитивных живых организмов высокие

дозы радиации могут представлять смертельную опасность, так как мутации будут

происходить так быстро, что естественный отбор не поспеет за ними.

Заслуживает внимания ещё такой вопрос: почему жизнь на Земле не возникает из

неживого вещества в наше время ? Объяснить это можно только тем, что ранее

возникшая жизнь не даст возможность новому зарождению жизни. Микроорганизмы

и вирусы буквально съедят уже первые ростки новой жизни. Нельзя полностью

исключать и возможность того, что жизнь на Земле возникла случайно.

Существует ещё одно обстоятельство, на которое, может быть, стоит обратить

внимание. Хорошо известно, что все “живые” белки состоят из 22 аминокислот,

между тем как всего аминокислот известно, свыше 100. Не совсем понятно, чем

эти кислоты отличаются от остальных своих “собратьев”. Нет ли какой-нибудь

глубокой связи между происхождением жизни и этим удивительным явлением ?

Если жизнь на Земле возникла случайно, значит, жизнь во Вселенной редчайшее

(хотя, конечно, ни в коем случае не единичное) явление. Для данной планеты

(как, например, наша Земля) возникновение особой формы высокоорганизованной

материи, которую мы называем “жизнью”, является случайностью. Но в огромных

просторах Вселенной возникающая таким образом жизнь должна представлять собой

закономерное явление.

Надо ещё раз отметить, что центральная проблема возникновения жизни на Земле

- объяснение качественного скачка от “неживого” к “живому” - всё ещё далека

от ясности. Недаром один из основоположников современной молекулярной

биологии профессор Крик на Бюраканском симпозиуме по проблеме внеземных

цивилизаций в сентябре 1971 года сказал: “Мы не видим пути от первичного

бульона до естественного отбора. Можно прийти к выводу, что происхождение

жизни - чудо, но это свидетельствует только о нашем незнании”.

Волнующий вопрос о жизни на других планетах занимает умы астрономов вот уже

несколько столетий. Возможность самого существования планетных систем у

других звёзд только сейчас становится предметом научных исследований. Раньше

же вопрос о жизни на других планетах был областью чисто умозрительных

заключений. Между тем Марс, Венера и другие планеты Солнечной системы уже

давно известны как несамосветящиеся твёрдые небесные тела, окружённые

атмосферами. Давно стало ясно, что в общих чертах они напоминают Землю, а

если так, почему бы на них не быть жизни, даже высокоорганизованной, и, кто

знает, разумной?

Вполне естественно считать, что физические условия, господствовавшие на

только что образовавшихся из газово-пылевой среды планетах земной группы

(Меркурий, Венера, Земля, Марс), были очень сходными, в частности их

первоначальные атмосферы были одинаковы.

Основными атомами, входящими в состав тех молекулярных комплексов, из которых

образовалось живое вещество, являются водород, кислород, азот и углерод.

Роль последнего особенно важна. Углерод - четырёхвалентный элемент. Поэтому

только углеродные соединения приводят к образованию длинных молекулярных

цепей с богатыми и изменчивыми боковыми ответвлениями. Именно к такому типу

принадлежат различные белковые молекулы. Часто заменителем углерода называют

кремний. Кремний довольно обилен в космосе. В атмосферах звёзд его содержание

лишь в 5-6 раз меньше, чем углерода, то есть достаточно велико. Вряд ли,

однако, кремний может играть роль “краеугольного камня” жизни. По некоторым

причинам его соединения не могут обеспечить такое большое разнообразие

боковых ответвлений в сложных молекулярных цепочках, как углеродные

соединения. Между тем богатство и сложность таких боковых ответвлений именно

и обеспечивает огромное разнообразие свойств белковых соединений, а также

исключительную “информативность” ДНК, что совершенно необходимо для

возникновения и развития жизни.

Важнейшим условием для зарождения жизни на планете является наличие на её

поверхности достаточно большого количества жидкой Среды. В такой среде

находятся в растворённом состоянии органические соединения и могут

создаваться благоприятные условия для синтеза на их основе сложных

молекулярных комплексов. Кроме того, жидкая среда необходима только что

возникшим живым организмам для защиты от губительного воздействия

ультрафиолетового излучения, которое на начальном этапе эволюции планеты

может свободно проникать до её поверхности.

Можно ожидать, что такой жидкой оболочкой может быть только вода и жидкий

аммиак, многие соединения которого, кстати, по своей структуре аналогичны

органическим соединениям, благодаря чему в настоящее время рассматривается

возможность возникновения жизни на аммиачной основе. Образование жидкого

аммиака требует сравнительно низкой температуры поверхности планеты. Вообще

значение температуры первоначальной планеты для возникновения на ней жизни

весьма велико. Если температура достаточно высока, например выше 100°C, а

давление атмосферы не очень велико, на её поверхности не может образоваться

водяная оболочка, не говоря уж об аммиачной. В таких условиях говорить о

возможности возникновения жизни на планете не приходится.

Исходя из сказанного, мы можем ожидать, что условия для возникновения в

отдалённом прошлом жизни на Марсе и Венере могли быть, вообще говоря,

благоприятными. Жидкой оболочкой могла быть только вода, а не аммиак, что

следует из анализа физических условий на этих планетах в эпоху их

формирования. В настоящее время эти планеты достаточно хорошо изучены, и

ничто не указывает на присутствие даже простейших форм жизни ни на одной из

планет солнечной системы, не говоря уже о разумной жизни.

Для решения задач обнаружения жизни вне Земли нужна правильная постановка

вопросов, которые можно разбить на три большие группы:

1. Обнаружение на планетах химических соединений, подобных аминокислотам и

белкам, которые обычно связываются с жизнью на Земле.

2. Обнаружение признаков обмена веществ - поглощаются ли питательные

вещества земного типа внеземными формами.

3. Обнаружение форм жизни, подобных земным животным, отпечатков жизненных

форм в виде ископаемых или признаков цивилизации.

Хотя жизнь теоретически возможна на любой из планет, на их спутниках и на

астероидах, наши возможности пока ограничены (в посылке аппаратуры) Луной,

Марсом и Венерой.

Луна.

Большинство ученых считают Луну абсолютно “мертвой” (отсутствие атмосферы,

различные излучения, не встречающие препятствия на пути к поверхности,

большие перепады температуры и т. д.). Однако некоторые формы могут жить в

тени кратеров, особенно если, как показывают последние наблюдения и

исследования, там все еще протекает вулканическая деятельность с выделением

тепла, газов и водяных паров. Вполне возможно, что, если жизни на Луне нет,

то она может быть уже заражена, при несоблюдении ПК (хотя есть данные,

показывающие обратное), земной жизнью после прилунения на ней космических

аппаратов и кораблей и, возможно, метеоритами, если они могут явиться

переносчиками жизни.

Венера

Венера также, по - видимому, безжизненна, но по другим причинам. Согласно

измерениям температуры на поверхности Венеры слишком высоки для жизни земного

типа, а ее атмосфера также негостеприимна. Учеными обсуждалось немало идей на

эту тему. Авторы работ по данной теме касались возможности существования

биологически активных форм как на поверхности, так и в облаках. В отношении

поверхности можно утверждать, что большинство органических молекул, входящих в

состав биологических структур, испаряются при температурах, намного меньших 500

0С, в протеины изменяют свои естественные свойства. К тому же на

поверхности нет жидкой воды. Поэтому земные формы жизни, по - видимому, можно

исключить.

Это все пока только гипотезы, едва ли они могут рассматриваться как с точки

зрения возникновения жизни в облаках, так и своего рода “остатков”

биологических форм, некогда существовавших на планете. Конечно, это не

исключает того, что в определенный период своей истории Венера обладала

значительно более благоприятными условиями, пригодными для проявления

биологической активности.

Спецификой эволюции, особенностями теплообмена, природой облаков, характером

поверхности далеко не исчерпываются проблемы Венеры, продолжающей, несмотря

на огромные успехи, достигнутые за последние годы, в ее изучении, по праву

сохранять за собой название планеты загадок.

Раскрытие этих загадок, несомненно, обогатит как планетологию, так и другие

науки новыми фундаментальными открытиями. Мощность газовой оболочки,

своеобразный тепловой режим, необычность собственного вращения и другие

особенности резко выделяют Венеру из семьи планет Солнечной системы. Что

породило такие необычные условия? Является ли атмосфера Венеры “первичной”,

свойственной молодой планете, или такие условия возникли позже, в результате

необратимых геохимических процессов, обусловленных близостью Венеры к Солнцу,

- эти вопросы заслуживают самого пристального внимания и требуют дальнейших

всесторонних исследований, вплоть до пилотируемого полета к столь интересной

планете

Марс

Самая исследуемая сейчас планеты, на которой ведутся поиски, - Марс, но не

все ученые соглашаются с тем, что на ней могут существовать какие - то формы

жизни, некоторые считают Марс необитаемым. С учетом этого остановимся на этой

планете подробней. Аргументы против жизни на Марсе убедительны и хорошо

известны, приведем некоторые.

1. Температура

Средняя температура почти -550С (на Земле + 150С).

Температура всей планеты может упасть до рассвета до -800С. В

середине марсианского лета близ экватора температура составила +300

С, но, возможно, в некоторых областях поверхность никогда не нагревается до 0

0С.

2. Атмосфера

Как показали полеты “Маринеров”, общее давление лежит в области 5 - 7 гПа (на

Земле 1000 гПа.). При этом давлении вода будет быстро испаряться при низких

температурах. Атмосфера содержит небольшое количество азота и аргона, но

главная масса - углекислота, что должно благоприятствовать фотосинтезу; но

еще меньше в марсианской атмосфере кислорода. Правда, многие растения могут

жить и без него, но для большинства земных он необходим.

3. Вода

Наблюдая полярные шапки, астрономы сделали вывод, что они состоят из воды.

Считалось, что они могут состоять из твердой углекислоты (сухого льда). В

атмосфере не раз наблюдались облака различных типов, по - видимому, состоящих

из ледяных кристаллов (вообще образование облаков на Марсе – редкость).

Спектроскопически недавно была обнаружена вода, но влажность там должна быть

очень низкой. Это может указывать на смачивание почвы влагой атмосферы, хотя

такое явление бывает очень редко. Не видно движения жидкой воды по планете,

хотя перемещение воды от полюса к полюсу действительно происходит (по мере

таяния южной полярной шапки, северная шапка нарастает).

4. Ультрафиолетовое излучение

Практически все ультрафиолетовое излучение Солнца проникает сквозь

разреженную атмосферу до поверхности планеты, что пагубно влияет на все живое

(на земное, по крайней мере). Уровень космического излучения выше, чем на

Земле, но по большинству расчетов он не опасен для жизни.

Тем не менее, климат Марса, атмосфера отдаленно аналогичны земным. Эта

планета свободна от заражения веществами земного происхождения. Поэтому

обнаружение жизни на ней наиболее вероятно.

5. Интересные наблюдения

Не смотря на все эти доводы, ряд наблюдений говорит в пользу жизни на Марсе

столь убедительно, что нельзя не упомянуть о них. Приведем некоторые из них.

Участки марсианской поверхности, которые ученые называют морями, обнаруживают

Страницы: 1, 2