Как возникла и развивалась сложная жизнь на Земле и что это значит для поиска жизни за её пределами? Именно эти вопросы освещает недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature. Пара исследователей изучила, как тектоника плит, океаны и континенты ответственны за возникновение и эволюцию сложной жизни на нашей планете, и как это может решить парадокс Ферми, а также улучшить уравнение Дрейка в отношении того, почему мы не нашли жизнь во Вселенной, и уточнить параметры поиска жизни. Это исследование может помочь учёным лучше понять критерии поиска жизни за пределами Земли, особенно в отношении геологических процессов, происходящих на Земле.

Universe Today обсуждает это исследование с доктором Тарасом Герья, профессором наук о Земле в Швейцарском федеральном технологическом институте (ETH-Zurich) и соавтором исследования, о мотивах исследования, значительных результатах, последующих исследованиях, о том, что это значит для уравнения Дрейка, и о последствиях исследования для поиска жизни за пределами Земли. Итак, что же послужило основанием для проведения этого исследования?

Доктор Герья рассказывает Universe Today: "Мотивом для этого послужил парадокс Ферми ("Где все?"), указывающий на то, что уравнение Дрейка обычно предсказывает наличие от 1000 до 100 000 000 активно общающихся цивилизаций в нашей галактике, что является слишком оптимистичной оценкой. Мы попытались выяснить, что может потребоваться исправить в этом уравнении, чтобы сделать предсказание с помощью уравнения Дрейка более реалистичным".

В рамках исследования научный дуэт сравнил два типа планетарных тектонических процессов: тектонику одиночной крышки (также называемую стагнирующей крышкой) и тектонику плит. Одиночной крышкой называют структуру планетарного тела, в котором не проявляется тектоника плит и которое нельзя разбить на отдельные плиты, демонстрирующие движение путём скольжения друг к другу (конвергентное), скольжения мимо друг друга (трансформное) или скольжения друг от друга (дивергентное). Отсутствие тектонической активности плит часто объясняется тем, что крышка планетарного тела слишком прочная и плотная, чтобы её можно было расколоть. В итоге исследователи подсчитали, что 75 процентов планетарных тел, в недрах которых наблюдается активная конвекция, не проявляют тектоники плит и демонстрируют тектоникой одиночной крышки, а Земля является единственной планетой, на которой проявляется тектоника плит. Поэтому они пришли к выводу, что тектоника с одиночной крышкой "скорее всего, доминирует в тектонических стилях активных силикатных тел в нашей галактике", говорится в исследовании.

Кроме того, исследователи изучили, как планетарные континенты и океаны способствуют эволюции разумной жизни и технологических цивилизаций. Они отметили важность того, что жизнь впервые зародилась в океанах, поскольку они были защищены от вредных космических условий, а одноклеточная жизнь процветала в океанах в течение первых нескольких миллиардов лет истории Земли. Однако исследователи также подчёркивают, что суша предоставляет огромное количество преимуществ для эволюции разумной жизни, включая адаптацию к различным местностям, например, глаза и новые органы чувств, которые способствовали развитию животных, чтобы быстро охотиться, а также другие биологические активы, которые позволили жизни адаптироваться к различным наземным средам по всей планете.

В итоге исследователи пришли к выводу, что суша способствовала эволюции разумной жизни на всей планете, включая абстрактное мышление, технологии и науку. Каковы же наиболее значимые результаты этого исследования и какие последующие исследования уже ведутся или планируются?

Доктор Герья рассказывает Universe Today: "Это особое условие (>500 миллионов лет сосуществования континентов, океанов и тектоники плит) необходимо на планете с примитивной жизнью для развития разумной технологической коммуникативной жизни. Это условие реализуется крайне редко: только <0,003-0,2 % планет с какой-либо жизнью могут удовлетворять этому условию".

Доктор Герья продолжает: "Мы планируем изучить эволюцию воды в недрах планеты, чтобы понять, как стабильность объёма поверхностного океана (подразумевающая стабильность сосуществования океанов и континентов) может сохраняться в течение миллиардов лет (как на Земле). Мы также планируем изучить время выживания технологических цивилизаций на основе моделей распада общества. Мы также начали проект по изучению эволюции кислородного состояния планетарных недр и атмосферы, чтобы понять, как богатые кислородом атмосферы (необходимые, в частности, для развития технологических цивилизаций) могут формироваться на планетах с океанами, континентами и тектоникой плит. Прогресс в этих трёх направлениях крайне важен, но будет сильно зависеть от наличия финансирования исследований".

Как уже отмечалось, это исследование было мотивировано попыткой улучшить уравнение Дрейка, которое представляет собой уравнение многих переменных, позволяющее оценить количество активных коммуникативных цивилизаций (АКЦ), существующих в Галактике Млечный Путь. Оно было предложено в 1961 году доктором Фрэнком Дрейком, чтобы постулировать несколько понятий, которые он призывал научное сообщество учитывать при обсуждении того, как и почему мы не принимаем никаких сигналов от АКЦ, и выглядит следующим образом:

N = R* x f_p x n_e x f_l x f_i x f_c x L

N = количество технологических цивилизаций в галактике Млечный Путь, которые потенциально могут общаться с другими мирами

R* = средняя скорость звёздообразования в галактике Млечный Путь

f_p = доля звёзд с планетами

n_e = среднее количество планет, потенциально способных поддерживать жизнь, на одну звезду с планетами

f_l = доля планет, способных поддерживать и развивать жизнь в какой-то момент своей истории

f_i = доля планет, на которых развивается жизнь и эволюционирует в разумную жизнь

f_c = доля цивилизаций, развивающих технологии, способные посылать в космос обнаруживаемые сигналы

L = продолжительность времени, в течение которого технологические цивилизации посылают сигналы в космос

Согласно исследованию, уравнение Дрейка оценивает количество АКЦ в широком диапазоне — от 200 до 50 000 000. В рамках исследования учёные предложили добавить две дополнительные переменные в уравнение Дрейка, основываясь на своих выводах о том, что тектоника плит, океаны и континенты сыграли важную роль в развитии и эволюции сложной жизни на Земле, которые выглядят следующим образом:

f_oc = доля пригодных для жизни экзопланет, обладающих заметными континентами и океанами

f_pt = доля пригодных для жизни экзопланет, обладающих заметными континентами и океанами, на которых также наблюдается тектоника плит, функционирующая не менее 500 миллионов лет.

Используя эти две новые переменные, авторы исследования получили новые оценки для f_i (шансы планет на развитие жизни и эволюцию в разумную жизнь). Итак, какое значение имеет добавление двух новых переменных в уравнение Дрейка?

Доктор Герья рассказывает Universe Today: "Это позволило нам переопределить и более корректно оценить ключевой член уравнения Дрейка f_i — вероятность того, что на планете с примитивной жизнью разовьётся разумная технологическая коммуникативная жизнь. Первоначально f_i (ошибочно) оценивалась как очень высокая (100 %). Наша оценка на много порядков ниже (<0,003-0,2 %), что, вероятно, объясняет, почему с нами не связываются другие цивилизации".

Кроме того, при введении этих двух новых переменных в уравнение Дрейка, исследование оценивает гораздо меньшее количество АКЦ — от <0,006 до 100 000, что резко контрастирует с первоначальными оценками уравнения Дрейка от 200 до 50 000 000. Какие же последствия может иметь это исследование для поиска жизни за пределами Земли?

Доктор Герья рассказывает Universe Today: "Это имеет три ключевых последствия: (1) не стоит надеяться, что с нами свяжутся (вероятность этого очень мала, отчасти потому, что время жизни технологических цивилизаций может быть короче, чем ожидалось ранее), (2) мы должны использовать дистанционное зондирование для поиска планет с океанами, континентами и тектоникой плит в нашей Галактике, основываясь на параметрах их атмосфер (бедных CO₂) и коэффициенте отражения поверхности (из-за наличия океанов и континентов), (3) мы должны заботиться о нашей собственной планете и цивилизации, обе они чрезвычайно редки и их необходимо сохранить."

Это исследование проводится в то время, когда поиски жизни за пределами Земли продолжают набирать обороты: НАСА подтвердило существование 5630 экзопланет, из которых почти 1700 классифицируются как суперземли, а 200 — как каменистые экзопланеты. Несмотря на эти невероятные цифры, особенно с тех пор, как экзопланеты начали открывать в 1990-х годах, человечество до сих пор не обнаружило никаких сигналов от внеземной технологической цивилизации, которую в данном исследовании назвали АКЦ.

Пожалуй, ближе всего мы подошли к обнаружению инопланетного сигнала, когда получили сигнал "Wow!" — 72-секундную радиовспышку, принятый радиотелескопом "Большое ухо" Университета штата Огайо 15 августа 1977 года. Однако с тех пор этот сигнал так и не удалось принять снова, как и любые другие интересные сигналы. Возможно, благодаря этому исследованию учёные смогут использовать эти две новые переменные, добавленные к уравнению Дрейка, чтобы помочь сузить рамки поиска разумной жизни за пределами Земли.

В заключение доктор Герья сказал Universe Today: "Это исследование является частью зарождающейся новой науки — биогеодинамики, которую мы стараемся поддерживать и развивать. Биогеодинамика направлена на понимание и количественную оценку связей между долгосрочной эволюцией планетарных интерьеров, поверхности, атмосферы и жизни".

Как эти две новые переменные, добавленные в уравнение Дрейка, помогут учёным найти жизнь за пределами Земли в ближайшие годы и десятилетия? Только время покажет, и именно поэтому мы занимаемся наукой!