Mokslo ir technologijų pasaulis

Naujos kartos teleskopai ir nauji gyvybės nustatymo egzoplanetose būdai transformuoja ateivių paieškas. Gal pagaliau sužinosime, ar ateiviai egzistuoja.

Svarbiausias klausimas apie visatą – ar esame vieni? Filosofai šiuo klausimu diskutavo ne vieną tūkstantmetį. Kai XVI amžiaus italų astronomas ir dominikonų vienuolis Giordano Bruno paskelbė, kad kosmose yra „begalybė pasaulių tokių, kaip mūsiškis”, jis tiesiogiai priešinosi religinei dogmai. Inkvizicijos metu jis buvo sudegintas ant laužo, iš dalies ir dėl abejojimo Žemės unikaliu statusu.

Šie debatai tęsiasi, tegul ir kiek kultūringiau, iki pat šių dienų. Kai kam jau pats Visatos dydis yra pakankamas argumentas teigti, kad labai neįtikėtina, kad gyvybė būtų susiformavusi tik vieną kartą. Kitiems įspūdinga Žemės gyvybės įvairovė liudija, kad ji unikali.

Dar neseniai mokslas šia tema tegalėjo pateikti aptakius filosofinius atsakymus. Gyvybės ženklai buvo pernelyg nevienareikšmiai, kad būtų galima atsakyti užtikrintai, o artimiausi potencialiai gyvenami pasauliai pernelyg maži ir tolimi, kad būtų galima juos patikrinti.

Bet dabar pirmą kartą žmonijos istorijoje pasiekėme technologijų išsivystymo lygį, kad galėtume sužinoti tikrus atsakymus. Galingais teleskopais galime tyrinėti Saulės sistemos planetas, pažvelgti į jų atmosferas ir nuspėti, kokia gyvybė galėtų gyventi jų paviršiuje. Tuo pat metu, tobulesnė mūsų pačių planetos analizė suteikia galimybę apibrėžti, kaip gyvybė galėtų atrodyti iš toli, ir padeda atskirti klestinčių nežemiškų civilizacijų ženklus nuo negyvų pasaulių geologinių reiškinių. Turint tokius įrankius, atsakymas pagaliau pasiekiamas.

Norint suprasti mano optimizmą, verta prisiminti astronomo Franko Drake'o darbą. 1961 metais Drake'as sukūrė formulę, padedančią įvertinti, kiek pažangių civilizacijų gali pranešti apie savo egzistavimą Paukščių Take. Jo vardu pavadintoje lygtyje šį didįjį nežinomąjį apibrėžia daug lengviau nustatomų nežinomųjų, kuriuos galima sudauginti, tarkime, žvaigždžių skaičius galaktikoje ir dalis tų žvaigždžių, apie kurias skrieja planetos (žr. Tyki kaimynystė).

Netgi pesimistiškiausiais vertinimais, tikėtinas atrodo milijonų technologinių civilizacijų egzistavimas. Tačiau pagrindinis šio gyvybės sprogimo faktorius yra paskutinė Drake'o lygties sąlyga: vidutinė komunikuojančios civilizacijos gyvenimo trukmė. Žmonės į kosmosą patenkančius radijo signalus skleidžia dar vos maždaug šimtmetį, o dabartiniame geopolitiniame klimate, sunku pasakyti, kiek dar metų tai truks. Vadovaujantis pesimistine prielaida, kad protinga gyvybė susinaikina gan greitai, iš Drake'o lygties darytina išvada, kad statistiškai galaktikoje esame vieni. Tačiau jei protingos civilizacijos išgyvena milijonus ar net milijardus metų, Paukščių Take turėtų knibždėte knibždėti ateivių.

Tai nuteikia optimistiškai, bet kartu ir kelia nerimą. Galų gale, jei yra milijonai nežemiškų civilizacijų, kodėl lig šiol neaptikome jokių jų ženklų? Šis prieštaravimas kartais vadinamas Fermi paradoksu – paprasčiausiais skaičiavimais italų fizikas Enrico Fermi parodė, kad viena kosmosu keliaujanti civilizacija per šimtą milijonų metų galėtų kolonizuoti visą galaktiką. Kadangi visatai 13,8 milijardai metų, ir jokie tarpžvaigždiniai kolonistai horizonte nepasirodė, Fermi klausė: kur visi yra?

Radijo tyla

Į šį klausimą siūlytas ne vienas atsakymas (žr. „Fermi paradokso sprendimai”). Kai kurie spėja, kad ateiviai jau gyvena tarp mūsų, tiesiog slepia savo tapatybę. Gal jie sąmoningai aplenkia Žemę, vertindami ją kaip išsaugojimo vertą draustinį. O gal tiesiog ateivių nėra iš viso. Kaip astrobiologas, esu linkęs manyti, kad ateiviai yra; paprasčiausiai dar su jais nesusisiekėm.

Tai nesunku įsivaizduoti. Nežemiškos civilizacijos gali milijonais metų lenkti mūsų technologijas. Bandymas bendrauti su jais mūsų primityviomis technologijomis būtų taip pat absurdiška, kaip mokyti boružėlę naudotis telefonu. Žinoma, tai mūsų pastangų nesustabdė, nei nuo tokių artefaktų, kaip plokštelės su žvaigždžių vaizdalapiais ir žmonių atvaizdais siuntimo su tolyn skriejančiais erdvėlaivius, nuo kryptingo radijo pranešimų transliavimo į kosmoso tolius. Kol kas jokio atsakymo.

Tačiau dar ne visos viltys žlugo. Fermi paradokso ir Drake'o lygties objektas – protinga gyvybė, galinti komunikuoti, keliauti ir kolonizuoti. Bet tai atlikti galėtų vos menka dalis mums žinomos gyvybės. Dabar didžiąją dalį Žemės biosferos sudaro mikroorganizmai. Vienaląsčiai organizmai viešpatavo Žemėje beveik tris milijardus metų, kol atsirado daugialąstė gyvybė. Mikrobų ląstelių planetoje yra ne tik daugiau, nei žmonių ląstelių, jų ląstelių yra daugiau nei mūsų ląstelių kiekviename iš mūsų. Jei gyvybė egzistuoja ir dar kur nors visatoje, labai tikėtina, kad ji yra mikrobinė.

Todėl pirmąją nežemišką gyvybę vargu ar aptiksime, klausydamiesi tarpplanetinių pasikalbėjimų. Veikiau teks skenuoti kitų planetų atmosferas, ieškant pažįstamų molekulių, kurias galėtų išskirti primityvūs mikrobai ir kurie galėtų pasitarnauti gyvybės egzistavimo žymenimis.

Logiškiausia būtų pradėti nuo savo pačių planetos. Jei Žemę stebėtų nežemiški astronomai, kas galėtų patraukti jų dėmesį? Lyginant su uoliniais kaimynais – Marsu, Venera ir Merkurijumi, – susidomėjimą mūsų melsva planeta turėtų kelti išskirtinis deguonies ir metano mišinys. Dabar deguonis sudaro 21% atmosferos ir visas jis yra šviesą verčiančių energija augalų gyvybinės ir fotosintetinančių bakterijų veiklos produktas. Nežinome, kada tiksliai išsivystė oksigeninė fotosintezė, bet yra aiškių ženklų, kad mūsų atmosferoje deguonies būta jau prieš 2,33 milijardus metų. Metaną gaminantys mikroorganizmai – metanogenai – egzistavo dar anksčiau.

Nors abi šias dujas išskiria gyvi organizmai, nė vienas iš jų nėra užtikrintas gyvybės ženklas. Pavyzdžiui metaną išskiria ir ugnikalniai bei hidroterminės versmės, nors organinės kilmės metane yra didesnis anglies-12 ir anglies-13 izotopų santykis. Deguonis gali susidaryti, aktyvios žvaigždės šviesai skaidant vandenį, ir lengvesniam vandeniliui išlekiant iš planetos atmosferos. Tačiau jeigu atmosferoje yra ir metanas ir deguonis, tai reiškia planetoje knibžda gyvybė.

Septintajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje astronomai suprato, kad vienų dujų buvimas yra pražūtingas kitoms. Jei į atmosferą nebūtų nuolat išskiriama daugybė deguonies ir metano, šios dujos greitai sureaguotų ir jų neliktų. Galima tikėtis rasti planetą be gyvybės, kurioje būtų vien deguonis, ar vien metanas. Bet tik geologiniai procesai negalėtų išlaikyti jų abiejų.

Tai reiškia, kad tolimoje planetoje aptikus ganėtina daug deguonies ir metano, galima būtų gan užtikrintai sakyti, kad joje yra gyvybė. Be to, gyvybė Žemėje sukuria tūkstančius kitų dujų, kurios yra unikalios. Metilchloridas, dimetilsulfidas ir azoto (1) oksidas (N₂O – linksminančiosios dujos) galėtų būti perspektyvūs biožymenys.

„Neradę gyvybės kitur, galbūt labiau pasirūpintume savo pasauliu”

O jei šių dujų paieškos būtų bergždžios? Ar tai reiškia, kad planeta yra dykas akmens kamuolys? Nebūtinai. Gyvybė tolimame pasaulyje gali visiškai skirtis nuo žemiškosios. Galbūt giliai po paviršiumi, pačiose uolienose ar paslėptose jūrose, kur būtų praktiškai nepastebima. Įmanomos ir dar radikalesnės alternatyvos. Gyvybė galėtų būti pagrįsta siliciu, o ne anglimi, ar joje gali vykti mums nežinomas metabolizmas, naudojantis ne vandenį, o kokį kitą skystį. Sintetinė biologija ir alternatyvios biochemijos tyrimai galėtų parodyti, kokių unikalių cheminių medžiagų žymenų reikėtų ieškoti.

Sara Seager iš MIT stengiasi išspręsti šią problemą, tirdama visas molekules kurių buvimas galėtų rodyti gyvybės buvimą. Viena iš idėjų, kuri man labiausiai patinka, pateikia kita MIT dirbanti tyrėja, Clara Sousa-Silva, sakanti, kad, kaip gyvybės ženklo turėtume ieškoti fosfino. Fosfinas yra dujiškas fosforo junginys su vandeniliu, kurį Žemėje išskiria anaerobiniai mikrobai, kurių išgyvenimui deguonies nereikia. Jį ne tik būtų gan nesunku aptikti egzoplanetų atmosferoje, bet tai ir paprasčiausios dujos, kurių bent kiek daugiau neišskiria jokie žinomi gamtiniai procesai. Kitaip tariant, aptiktas fosfinas galėtų būti anaerobinės biosferos ženklas.

Jei tokių hipotezių kūrimas atrodo sudėtingas, jų patikrinimas – nepalyginamai sudėtingesnis. Visų pirma reikia identifikuoti kandidates egzoplanetas: kuriose tinkama temperatūra, palaikanti sudėtingą gyvybės chemiją. Dabar egzoplanetų paprastai ieškoma, stebint žvaigždės pritemimą, kai priešais ją praskrieja planeta. Tai šimtus kartų sunkiau, nei užfiksuoti švyturio spindulį kertantį jonvabalį kitoje Atlanto vandenyno pusėje.

Šis aptikimo metodas atveria duris aptikti įvairias molekules ne pernelyg karštų uolinių planetų atmosferoje. Pavyzdžiui, per tokios planetos atmosferą sklindanti žvaigždės šviesa gali atskleisti to oro sudėtį. Skirtingos molekulės sugeria skirtingus šviesos bangos ilgius, išskaidant teleskopais surinktą šviesą atskirais bangos ilgiais, galime fiksuoti deguonies, ozono, vandens ir anglies dvideginio spektrus.

Dabar šioje srityje dirbti itin įdomu, nes rengiama daug misijų, kurių tikslas yra tokia užduotis. Pirmoji bus NASA James Webb kosminis teleskopas, kuris turėtų būti paleistas 2021. Tai bus pirmoji viltis aptikti molekules gyvenamų egzoplanetų atmosferoje. Šią užduotį tęs 2028 metų ESA misija ARIEL.

Tą pačią užduotį galima atlikti ir dideliais antžeminiais teleskopais. Tai dabar Čilėje statomas ir 2025 metais pradėsiantis veikti Europos pietinės observatorijos ekstremaliai didelis teleskopas (ELT). Planetų atmosferas stebėti Žemėje sudėtinga, nes iš signalo reikia pašalinti mūsų planetos atmosferą. Naujos kartos antžeminės observatorijos sugebės tai atlikti, paprasčiausiai atskirdamos jos efektus iš teleskopą pasiekusios šviesos. Tokia technika netgi galima atskirti izotopus kituose pasauliuose, subtiliai kitokią atomo versiją, besiskiriančią tik neutronų skaičiumi branduolyje. Nesvajojau, kad tai bus įmanoma jau šiame gyvenime.

Kaip bežavėtų tolimos planetos, tikriausia pirmoji nežemiška gyvybė bus aptikta arčiau namų. Kitose mūsų sistemos kūnuose tikrai yra sąlygos, palaikančios mums pažįstamą gyvybę, tokios, kaip skysto vandens okeanai po storu ledu Jupiterio palydove Europa, požeminiuose Marso vandenyse. Kai kas kelia hipotezę, kad gyvybė galėtų būti Saturno palydovo Titano skysto metano ežeruose.

Kad ir ką rasime gretimuose pasauliuose, esu tikra, gyvybė egzistuoja ir kitur visatoje. Bet vien užtikrintumo negana. Per kelis kitus metus mūsų tyrimai taps tikslesni, nuodugnesni ir galintys pažvelgti toliau, nei anksčiau. Atrandami atsakymai pakeis fundamentalų supratimą apie visatą ir mūsų vietą joje. Kaip mokslinės fantastikos rašytojas Arthur C. Clarke rašė: „Egzistuoja dvi galimybės: arba mes esame visatoje vieni, arba ne. Abi galimybės vienodai bauginamos.”

Mano nuomone, nežemiškos gyvybės atradimas pastatytų į vietą mūsų egzaltuotą statusą kosmose. Būtume tiesiog dar vienas gyvybė, kaip planetologinio proceso pavyzdys, išsikristalizavęs iš mūsų visatą sudarančių molekulių. Plačios, tačiau bergždžios paieškos irgi taip pat prablaivintų, nes parodytų, kad netgi aplinkose, kurios, mūsų manymu, yra tinkamos gyvybei, atotrūkis tarp chemijos ir paprastos gyvybės yra didelis. Tikėkimės, kad toks gyvybės retumo įvertinimas paskatintų mus saugoti visas egzistavimo formas mūsų pačių pasaulyje, primindamas mums, kad Žemė yra vieninteliai namai, kuriuose turime.

Kiti du dešimtmečiai taps egzoplanetų tyrimų revoliucijos liudininkais. Jau esame radę dešimtis potencialiai gyvenamų pasaulių ir stebėjimų technologijų pažanga suteiks galimybę aptikti potencialius biožymenis jų atmosferose. Reikia žiūrėti – ir laukti.

Fermi paradokso sprendimai

1950 metai, fizikas Enrico Fermi pietavo su kolegomis ir paklausė: kur visi yra? Jis omenyje turėjo ne universiteto kavinės tuštumą, o tai, kad paskaičiavus, jog visatoje turėtų būti pilna nežemiškos gyvybės, nė viena nebuvo aptikta. Vėliau buvo pasiūlyti įvairūs kūrybingi Fermi paradokso sprendimai.

Jie jau čia

Šis sprendimas tebėra stulbinamai populiarus, ir daro prielaidą apie tarptautinį sąmokslą, slepiantį visus nežemiško kontakto įrodymus.

Jie nenori mūsų trukdyti

Gal ateiviai laikosi tam tikros „pirminės direktyvos”, kaip išgalvoti kosmoso tyrėjai Star Trek TV seriale ir filmų serijoje, idant netrukdytų ne tokių pažangių kitų pasaulių kultūrų vystymosi. O gal ateiviai laiko mus savotišku nacionaliniu parku ar zoologijos sodu ir stebi mūsų judėjimą, tačiau patys nepasirodo.

Jos gyvuoja pernelyg trumpai, kad būtų galima su jais susisiekti

Yra slegianti galimybė, kad jokia pažangi civilizacija neišgyvena pakankamai ilgai, kad išliktų, kai kaimynystėje suklesti kita civilizacija. Ši idėja vadinama Didžiuoju filtru. Gal patys to nežinodami, jau perėjome šį filtrą, o gal jis dar tik laukia – šiuo atveju mūsų pražūtį gali lemti branduolinis karas ir besikeičiantis klimatas.

Mes Visatoje vieni.

Ar paprasčiausias atsakymas gali būti ir geriausias?