Астрономія

Де всі вони є? Чому ми досі не побачили жодних слідів іншопланетян?

Є усі підстави вважати, що довкола кожної зірки Чумацького Шляху обертається принаймні одна екзопланета. Тобто, в нашій галактиці мають знаходитися сотні мільярдів планет. Виникнення життя — складний процес, для якого потрібні особливі умови, але така велика кількість потенційних світів обіцяє високі шанси для живих організмів. Деякі з екзопланет сформувалися навіть раніше за Землю, тож у розпорядженні їхніх мешканців були мільярди років для розвитку. Таким чином, якщо технологічно розвинуті екзоцивілізації дійсно існують, ми вже мали б зафіксувати їхню присутність, але чомусь ми досі їх не помітили. Це явище називається парадоксом Фермі, і жодне з його можливих рішень не буде втішним для людства. Адже ймовірність того, що ми одинокі у Всесвіті, лякає так само, як і думка про те, що ми не самі.

Парадокс на обід

Італійський фізик Енріко Фермі найбільше запам'ятався світові тим, що побудував перший ядерний реактор. Парадокс, який носить його ім’я, народився влітку 1950 року за ланчем у кафетерії лабораторії, в якій він тоді працював. За свідченнями учасників, Фермі разом з колегами обговорював надруковану в журналі карикатуру, що приписувала іншопланетянам викрадення сміттєвих урн з вулиць Нью Йорка. Жартівлива розмова, як це зазвичай трапляється з вченими, швидко переросла у серйозну наукову дискусію. Чи можуть космічні апарати рухатися швидше за світло? Чи варті зусиль міжзоряні подорожі? Як далеко від нас може знаходитися найближча позаземна цивілізація? Посеред цієї розмови Фермі несподівано запитав: “То де ж всі вони?”, маючи на увазі іншопланетян. Так, цей парадокс формується настільки просто.

NAUKA.UA

Пізніше цю ідею формалізував Майкл Харт. У його викладенні вона звучить так: високорозвинена цивілізація має бути здатна до міжзоряних польотів і зможе дослідити та колонізувати галактику так само, як людство досліджує та колонізує Землю. Але на нашій планеті до цього часу досі не з’явилися прибульці. За Хартманом, вже сам по собі цей факт свідчить про те, що їх не існує. Вчений робить два висновки: по-перше, вірогідно, саме людська цивілізація через великий проміжок часу колонізуватиме Чумацький Шлях; по-друге, пошук сигналів від іншопланетян — марна трата часу та грошей.

Всупереч цій думці, у світі існують численні проєкти SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence, “пошук позаземного розуму”). Цей пошук людство розпочало у 60-ті роки минулого століття. Тоді в американській радіо-обсерваторії Green Bank відбулася неформальна конференція, під час якої астроном Френк Дрейк вивів математичну формулу, що дозволяє оцінити кількість теоретичних позаземних цивілізацій Чумацького Шляху, готових вступити із нами у контакт. Цю цифру визначає сім параметрів:

  • щорічна кількість зірок, які виникають у нашій галактиці;
  • число світил, довкола яких обертаються планети;
  • потенційна кількість планет, здатних підтримувати необхідні для життя умови;
  • ймовірність зародження життя на таких планетах;
  • ймовірність розвитку розумного життя;
  • ймовірність того, що цивілізація розумних істот здатна до контакту на міжзоряних відстанях;
  • вік існування такої цивілізації.

Єдиного вірного рішення для цієї формули немає, адже більшість із цих параметрів невизначені та базуються на припущеннях. Учасники конференції, обчисливши рівняння, отримали цифру 10. Подальші дослідження показали, що з таким самим успіхом можна дістати показник, більший за мільйон, або менший за одиницю. Сутність формули Дрейка — не у конкретному результаті, а у факторах, які варто вивчати, оцінюючи шанси людства на контакт з екзоцивілізацією. Як сказала американська астрономка Джілл Тартер, “Рівняння Дрейка — чудовий спосіб організувати наше неуцтво”.

Радіотелескоп Allen Telescope Array, призначений для астрономічних спостережень та SETI. Colby Gutierrez-Kraybill / flickr

Радіотелескоп Allen Telescope Array, призначений для астрономічних спостережень та SETI. Colby Gutierrez-Kraybill / flickr

До речі, за допомогою рівняння Дрейка можна обчислювати більш прозаїчні речі. Старший викладач економіки Манчестерського університету Пітер Бакус використав цю формулу, щоб дізнатися, чи зможе він знайти собі дівчину. Виявилося, що усього 26 жінок Великобританії потенційно можуть скласти йому пару. Отже, шанси на зустріч зі своєю майбутньою партнеркою для Бакуса становлять 0.00034%. Чи допомогло це обчислення особистому життю викладача, невідомо.

Тихий космос

Якщо ми усе-таки вирішили шукати сигнали від іншопланетян, на що слід звертати увагу? Наявність живих організмів лишатиме сліди в атмосфері планети. Зокрема, такими слідами може бути азот, вуглекислий газ, водяна пара, кисень, озон, метан та інші гази. Потужні телескопи, як-от “Джеймс Вебб”, що має невдовзі запрацювати, зможуть досліджувати атмосфери екзопланет, а отже, людство справді буде здатне шукати можливі ознаки життя на далеких світах. Але такі маркери не є надійними свідоцтвами. Наприклад, на початку 2000-х на Марсі знайшли метан, пізніше його також фіксував ровер “К'юріосіті”. Цей газ може виділятися при багатьох абіотичних процесах, тож звідки він береться на Червоній планеті, і досі лишається загадкою.

Виявити присутність наших “братів по розуму” чи навіть більш розвинутих цивілізацій ще складніше. Основна проблема — відсутність надійних “техномаркерів”, які їх видали б. Ми просто не знаємо, якими технологіями вони користуються.

Радянський вчений Микола Кардашов запропонував розділяти ймовірні позаземні цивілізації на три типи в залежності від кількості енергії, яку вони споживають. За цією класифікацією, цивілізації I типу знаходяться на рівні розвитку, близькому до людства, та здатні використовувати усі ресурси своєї планети. Населення Землі, за оцінками, “доросте” до цього статусу через 100-200 років. Цивілізації II типу опанували енергію своєї зірки, наприклад, успішно побудувавши сферу Дайсона — мегаструктуру, що дозволяє акумулювати світло зорі та перетворювати його на інфрачервоне випромінювання для своїх потреб. Нарешті, цивілізації III типу мають у розпорядженні енергію, порівнянну з масштабом усієї їхньої галактики.

Художнє зображення сфери Дайсона. CapnHack / energyphysics.wikispaces.com

Художнє зображення сфери Дайсона. CapnHack / energyphysics.wikispaces.com

Очікується, що астроінженерні конструкції лишатимуть інфрачервоне випромінювання, що буде побічним продуктом відпрацьованої теплової енергії. Ознакою господарювання цивілізації III типу буде велика кількість такого випромінювання у галактиці. За допомогою телескопу WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer, Ширококутний Інфрачервоний Оглядовий Дослідник) астрономам вдалося знайти кілька сотень можливих кандидатів на дім для високотехнологічних цивілізацій. У цих галактиках спостерігається надзвичайно потужне інфрачервоне випромінювання у середньому діапазоні. Згодом найбільш перспективні об’єкти з цього каталогу дослідили на радіохвилі. Виявилося, що радіовипромінювання майже усіх цих галактик цілком корелює із наявним середнім інфрачервоним випромінюванням, тобто таку картину можно пояснити природними процесами. Наприклад, розігріванням міжзоряного пилу у регіонах активного зореутворення. Автор дослідження, професор Майкл Гаррет, робить висновок, що цивілізації III типу у видимому Всесвіті або дуже рідкісні, або взагалі не існують.

Втім, такий спосіб можна застосувати і для цивілізацій II типу — шукати поодинокі сфери Дайсона навколо зірок. У 2015 році, здавалося, вченим нарешті з цим поталанило. Дослідження показало, що світило KIC 8462852, більш відоме як зірка Таббі, демонструє аномальну поведінку. ЇЇ яскравість змінюється з різною амплітудою та на різних проміжках часу. Кілька команд вчених надали різні пояснення таких стрибків, зокрема, не виключалася й версія про штучну мегаструктуру довкола зірки. Організація SETI Institute, що займається пошуком екзоцивілізацій, дослідила зірку Таббі за допомогою радіотелескопу Allen Telescope Array (АТА, Антенна решітка Аллена). Після двох тижнів пошуків вченим не вдалося зафіксувати жодних радіосигналів технологічної цивілізації поблизу світила. “Історія астрономії вчить нас, що кожного разу, коли ми думаємо, що знайшли свідчення діяльності іншопланетян, ми помиляємося”, — прокоментував результати астроном SETI Institute Сет Шостак.

Художнє зображення пилу навколо зірки Таббі. NASA, JPL-Caltech / Wikimedia Commons

Художнє зображення пилу навколо зірки Таббі. NASA, JPL-Caltech / Wikimedia Commons

Зафіксувати діяльність цивілізації I типу чи нижче видається ще складнішим завданням, адже єдиним маркером їхньої присутності буде радіовипромінювання. Побачити його на міжзоряних відстанях, не знаючи точного розташування джерела, практично неможливо. Не дивно, що проєктам SETI поки що не вдалося знайти жодних радіосигналів від екзоцивілізацій. Дослідники пропонують також інші методи — наприклад, спробувати побачити сигнали лазерів, якими, можливо, користуються іншопланетяни, або навіть шукати космічне сміття на кшталт відпрацьованих супутників чи станцій поблизу зірок. Але поки що космос мовчить.

Після спалаху ентузіазму у 60-х роках проєкти SETI довгий час не отримували достатнього фінансування. На початку 90-х NASA спонсорувало деякі з таких пошуків, проте швидко відмовилося від цього. У 2015 році з’явилася програма Breakthrough Initiatives, заснована міліардером Юрієм Мільнером — наразі вона вважається найбільш профінансованою та комплексною. Зокрема, один з її проєктів Breakthrough Listen має шукати штучні радіо- та оптичні сигнали біля одного мільйону найближчих до Землі зірок впродовж 10 років. Останнє дослідження Breakthrough Listen у цьому напрямку фокусується на світилах, що знаходяться у транзитній зоні Землі — тобто, на ділянці неба, звідки потенційний спостерігач зможе побачити транзит нашої планети перед диском Сонця. Автори роботи дійшли висновку, що штучні сигнали відсутні у принаймні 8% систем у цій зоні на відстані 150 парсек від Сонця.

Ще один спосіб пошуку позаземних цивілізацій — відправити космічний апарат до найближчих зірок. Поки що він лишається теоретичним, адже жодної технології, що дозволяє здійснювати міжзоряні подорожі, у людства немає. Тим не менш, проєкт Breakthrough Starshot займається розробкою мініатюрних безпілотних апаратів StarChip. Вони будуть використовувати принцип сонячного вітрила — рухатися за допомогою тиску від сфокусованих променів лазера. Це дозволить апарату долетіти до наших найближчих сусідів, системи Альфа Центавра, за 20 років. Схожі плани має і NASA — поки що безіменна місія до Альфа Центаври запланована на 2069 рік.

Можливі рішення

Швейцарський астроном Дідьє Кело, який у 2019 році отримав Нобелівську премію за відкриття першої екзопланети біля сонцеподібної зірки, впевнений, що позаземне життя має існувати. “Я не можу повірити, що ми — єдині живі створіння у всьому Всесвіті. У ньому занадто багато зірок, занадто багато планет. Універсальна хімія, що призвела до появи життя, мала б відбутися десь іще”, — заявив він на прес-конференції після вручення премії. Втім, навіть якщо життя за межами нашої планети існує, це зовсім не означає, що ми можемо знайти своїх “братів по розуму”.

Можливим рішенням парадоксу Фермі є припущення, що екзоцивілізації або дуже рідкісне явище, або їх взагалі не існує. Про це, зокрема, говорить дослідження американського вченого Девіда Кіппінга, яке презентує статистичну модель еволюції земних організмів. Проаналізувавши час появи перших живих істот на нашій планеті та час появи розумного життя, Кіппінг створив симуляцію, що дозволила “відмотати” історію Землі назад та перевірити, чи є виникнення технологічної цивілізації неминучим. Виявилося, що шанси на формування живих організмів дорівнюють 9:1, а от ймовірність появи розумного життя становить лише 3:2. Ці цифри означають, що на екзопланетах-двійниках Землі ми скоріше знайдемо примітивні організми, а не розумних гуманоїдів. Виникнення інтелекту не є гарантованим етапом еволюції.

Тут доречно згадати про ще одну концепцію, за допомогою якої зазвичай описують можливі обґрунтування парадоксу Фермі — Великий фільтр. Це деяка перепона, що заважає виникненню екзоцивілізацій та колонізації галактики; надскладна сходинка еволюції, піднятися на яку можуть лише деякі види за певних обставин, або й зовсім ніхто. Ми не знаємо точно, що саме є такою сходинкою: початок абіогенезу, виникнення багатоклітинних, вміння обточувати камінці чи винахід міжзоряного двигуна. Також ми не знаємо, подолали ми Великий фільтр чи він ще лежить попереду. Саме тому будь-які ознаки життя за межами Землі безпосередньо впливатимуть і на нас — чим складнішим воно буде, тим гірше для людства. Знахідка бактерій на Марсі свідчитиме про те, що поява багатоклітинних організмів, можливо, і є Великим фільтром, який ми вже подолали. Зустріч із приматами на Проксима b вказуватиме, що складною сходинкою був розвиток великого мозку та інтелекту. Руїни міст на далекій екзопланеті означатимуть, що Великий фільтр лежить попереду, а ми в біді. Цілком можливо, що поява технологій неминуче веде до знищення цивілізації — наприклад, через суттєві кліматичні зміни, ядерну війну чи штучний інтелект, що вийшов з-під контролю. За цим сценарієм, розумне життя за межами Землі доходить приблизно до нашого рівня розвитку та зникає, і така сама доля чекає на людство.

Але якщо уявити, що концепція Великого фільтру невірна, і ми не самотні у Всесвіті, які можуть бути причини для парадоксу Фермі? Існують гіпотези, що пояснюють відсутність сигналів від іншопланетян з точки зору їхньої психології чи моральних якостей. Наприклад, припущення, що позаземні розумні істоти — домосіди та просто не хочуть долати міжзоряні відстані, щоб шукати нас. Або гіпотеза зоопарку, згідно з якою прибульці знають про існування Землі, але домовилися не втручатися у розвиток людства та спостерігають за нами, як туристи за тваринами у заповідниках. На думку фізика Джеймса Трефіла, такі теорії виходять з невірного переконання, що абсолютно усім екзоцивілізаціям властиві одні й ті самі якості. Але навіть людство, створивши заповідники, вимушене боротися з браконьєрами, тож шанси на таку одностайність серед іншопланетян доволі низькі.

Отже, космос продовжує мовчати, але навряд чи ми припинимо шукати сигнали у Всесвіті. І наявність життя за межами Землі, і його відсутність будуть однаково захоплюючим та страшним відкриттям для нас. Лишається тільки чекати на результат.