Книга Воображаемая жизнь - Майкл Саммерс

Отметив этот момент, мы должны добавить, что не рассматриваем сравнительно низкую температуру жидкого аммиака как абсолютный барьер для развития жизни — как основанной на углероде, так и какой-либо иной. Это просто означает, что для развития жизни в мире, океаны которого состоят из аммиака, потребуется больше времени. Можно было бы рассчитать размеры ЗООЗ для планетных систем с аммиачными океанами, хотя мы не знаем, делалось ли это вообще. Вероятно, они будут находиться дальше от звезды, чем ЗООЗ для воды.

Некоторые учёные, однако, выразили серьёзную обеспокоенность по поводу пригодности аммиака в качестве среды для жизни. Возражения основаны на том факте, что силы, удерживающие молекулы жидкости вместе, в аммиаке слабее, чем в воде. Попутно отметим, что отсутствие разводов на стекле от аммиака связано именно с этим свойством. Притяжение между молекулами воды создаёт поверхностное натяжение, которое заставляет воду на стекле собираться в капли. Аммиак, обладающий более низким поверхностным натяжением, не образует столько капелек и, следовательно, не оставляет разводов. К сожалению, это свойство молекул аммиака может затруднить им образование длинных цепочек, встречающихся в живых системах.

Как и кремний, аммиак является излюбленным альтернативным веществом среди любителей научной фантастики. Например, его часто используют, чтобы представить жизни в холодных внешних слоях атмосферы газовых гигантов. Его способность растворять металлы также порождает увлекательные дискуссии о том, какие цвета вы могли бы увидеть в аммиачном океане. Однако на данный момент, хотя мы и должны рассматривать аммиачные океаны как возможное место зарождения жизни на экзопланетах, у нас нет доказательств того, что они существуют.

Как следует из термина «природный газ», метан — это газ при тех температурах, которые мы считаем нормальными. Если точнее, то он является жидкостью только при температурах между -260° и -297°F (от -162° до -183°C). Тем не менее, нам известен один мир с такой низкой температурой поверхности, и мы знаем, что в этом мире есть океаны, состоящие из метана и других углеводородов. Таким образом, метан является единственным талассогенным веществом, в отношении которого мы можем быть уверены, что оно действительно участвовало в формировании океана (помимо воды, разумеется).

Мир, о котором мы говорим, — это Титан, самый большой спутник Сатурна. С нашей точки зрения, об этом теле известно два важных факта: во-первых, это единственная луна в Солнечной системе с плотной атмосферой (состоящей в основном из газообразного азота, как у Земли), а во-вторых, она действительно холодная — температура поверхности колеблется около -290°F (-179°C).

Чтобы охарактеризовать этот мир лучше всего, можно сказать, что в нём есть знакомые геологические структуры (например, озёра и горы), состоящие из незнакомых материалов. При температуре поверхности Титана водяной лёд твёрд, как камень, а озёра и океаны состоят из жидкого метана и других углеводородов, как уже упоминалось выше. Самым распространённым из этих других углеводородов является этан, двоюродный брат метана, содержащий два атома углерода. Песчаные дюны вблизи экватора Титана состоят из органических соединений тёмной окраски — один учёный сравнил их с дюнами из кофейной гущи.

Атмосфера Титана представляет собой оранжевую дымку, которая препятствует хорошему обзору поверхности. На протяжении многих лет наблюдения в телескоп и данные с космических аппаратов показали, что атмосфера насыщена сложными органическими соединениями — молекулами, которые значительно сложнее, чем простой метан. Затем, вскоре после прибытия к Сатурну в 2004 году, космический аппарат «Кассини» сбросил зонд в атмосферу Титана, и мы впервые взглянули на его поверхность. Зонд был назван в честь Христиана Гюйгенса (1629-95), голландского астронома, открывшего Титан. Он совершил посадку на поверхность спутника и передавал оттуда данные в течение примерно 90 минут, прежде чем его поглотила поверхность Титана. После этого «Кассини» ещё несколько раз пролетел рядом с Титаном, картировав его поверхность при помощи радара. Теперь в нашем представлении этот спутник — такое место, где углеводороды дождём льются с неба и заполняют моря и озёра. (Интересно, что озера Титана названы в честь аналогов на Земле: например, Онтарио и Каюга.) Именно в этих озёрах и морях учёные надеются отыскать информацию о развитии жизни в метановой среде.

Существует ещё одно важное следствие чрезвычайно низких температур на Титане, которое может повлиять на происхождение жизни. Если, как мы указывали выше, скорость химической реакции снижается вдвое при каждом понижении температуры на 18°F (10°C), то на Титане они займут примерно в миллион раз больше времени, чем на Земле. Таким образом, если для развития жизни в океанах Земли потребовались сотни миллионов лет, как это и было, судя по всему, то для того, чтобы то же самое случилось на Титане, потребовались бы сотни триллионов лет. Это значительно больше, чем возраст Вселенной, поэтому первый вывод, который мы можем сделать, состоит в том, что, даже если жизнь и может развиться в метановом океане, у неё, вероятно, не было времени это сделать. Следовательно, учёные, изучающие химию Титана, говорят о поиске предшественников жизни, а не самой жизни. Если нет таких низкотемпературных процессов, о которых мы не знаем в настоящее время, нам придётся исключить метановые океаны из нашего списка сред, в которых к настоящему времени могла бы развиться жизнь.

Сделав это замечание, мы должны отметить, что мы не принимаем во внимание возможность существования пока ещё неизвестных каталитических или ферментативных процессов, которые могли бы значительно ускорить скорость реакции. Однако до тех пор, пока они не будут обнаружены, мы будем придерживаться общепринятого довода, приведённого выше, и считать Титан местом, где мы можем изучать химические предшественники жизни.

На протяжении многих лет люди строили предположения в отношении многих других жидкостей, которые могли бы играть ту роль, которую вода играет в жизни на Земле. Одним из таких примеров является сероводород, H2S. В этой молекуле атом серы занимает то же самое место, какое кислород занимает в воде. Он становится жидкостью при температуре ниже -76°F (-60°C), и потому можно ожидать, что он будет играть важную роль на планетах, удалённых от своих звёзд. Как мы видели в случае с аммиаком, при такой температуре химические реакции, которые привели к возникновению жизни на Земле, протекали бы в несколько сотен раз медленнее, чем на нашей родной планете. С другой стороны, жизни хватило бы времени, чтобы развиться в сероводородном океане на планете, вращающейся вокруг долгоживущей звезды — такой, как красный карлик. Однако, в отличие от аммиака, научных исследований, касающихся пригодности этой молекулы для развития жизни, проводилось очень мало. Таким образом, мы поместим сероводород, а также целый список других веществ, которые могут заменить воду в процессе развития жизни, в папку с пометкой «Возможно».

Написано несколько статей о возможных жидкостях, находящихся на другом конце температурной шкалы по отношению к веществам, которые мы обсуждали до сих пор, — например, о расплавленной лаве. В этом случае проблема заключается не в скорости химических реакций, а в возможности сохранения сложных молекул. В конце концов, высокая температура означает высокую скорость движения и к чрезвычайно сильные столкновения молекул. Мы предполагаем, что в условиях высокой температуры чему-то вроде молекулы ДНК было бы невозможно сохраниться. Скорее всего, какая-либо информация, передаваемая из поколения в поколение, могла бы передаваться посредством сложных минералов, способных сохранять свою структуру при высоких температурах.