Текст книги "Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции"

Проблема существования планет за пределами Солнечной системы стала рассматриваться главным образом философами в связи с проблемой множественности миров. Главным методом, который использовался при формировании подобных представлений, был метод отождествления. Ход мысли философов, начиная с Джордано Бруно, был следующим: раз Солнце – рядовая звезда, а Земля – обычная планета, значит, у многих, если не у всех звёзд имеются такие же планеты, и на многих, если не на всех планетах сформировались цивилизации, подобные земной. В свете знаний, добытых современной наукой, подобный геоцентрический подход представляется очень наивным. И в то же время огромное разнообразие и всесторонний разброс форм космического порядка, образующихся и функционирующих в процессе эволюции, создаёт уверенность в том, что даже чисто статистически жизнепорождающие формы не могут не повторяться в самых различных вариантах. Всеобщность же процессов мобилизации, лежащих в основе эволюции в узком смысле, подкрепляет эту уверенность, исходя уже не из соображений о случайной повторяемости жизнепорождающих форм, а уже исходя из динамики образования космических порядков, их столкновений, естественного отбора наиболее устойчивых из них и повышения сохраняемости тех форм, которые способны к самовоспроизведению и самосохранению. Космос – неисчерпаемая лаборатория, в которой происходит никогда не прекращающийся эксперимент по выработке жизни и разума.

Планеты с твёрдой поверхностью, защитным слоем атмосферы, разнообразием природных ресурсов, обеспеченностью энергией, исходящей из центральной звезды, являются наиболее вероятными кандидатами на возникновение жизни, по крайней мере такого типа, который по определённым параметрам сходен с земным. Отсюда – неиссякаемый интерес землян к поиску планетных систем в иных звёздных мирах. В конце XX – начале XXI веков в этом направлении были достигнуты первые обнадёживающие успехи.

Попытки же обнаружения экзопланет (т. е. планет, вращающихся вокруг других «солнц») ведутся с начала XX века. Ещё в 1916 г. американский астроном Эдуард Барнард выступил с заявлением об открытии им планеты, вращающейся вокруг звезды и оказывающей влияние на её движение. Сообщение вызвало грандиозную научную сенсацию. Фотографии звезды Барнарда, получившей название в честь первооткрывателя планеты, неоднократно публиковались в изданиях самых разных стран на протяжении многих десятилетий. Автор открытия стал мировой знаменитостью. К сожалению, выводы Барнарда оказались ошибочными, планеты у звезды Барнарда не оказалось. Но сама надёжная проверка наличия планеты оказалась возможной лишь тогда, когда настолько развилась техника наблюдений, что она стала обеспечивать реальное обнаружение экзопланет и доказательство, хотя и косвенное, их наличия, а также присущих им физических параметров. Следует отметить, что заблуждение Барнарда, как и заблуждение Скиапарелли, увидевшего на Марсе каналы, которых не было, было продиктовано не стремлением «прогреметь» в научном сообществе, а активной установкой, повлиявшей на восприятие, подавившей критическое мышление и вытеснившей альтернативные обоснования. Такая установка, сыграв роль мобилизационной структуры восприятия, заставила принять кажимость за факт.

Однако в науке даже заблуждения становятся средством для открытия истины, стимулятором для альтернативного поиска. Это проявляется и в условиях, когда прямое обнаружение остро интересующих человечество объектов длительное время остаётся невозможным, а их наличие приходится открывать и проверять косвенным путём.

Поиск экстрасолярных (внесолнечных) планет осуществляется главным образом на основе обнаружения эффектов, происходящих с их «материнскими» звёздами. Обращения планет вокруг своих звёзд выявляется по малозаметным колебаниям положения звёзд, определяемым через сверхчувствительные спектроскопы. В соответствии с эффектом Доплера спектральные линии свечения звезды сдвигаются к красному или синему тону в направлении где находится планета. Построив график такого смещения, астрономы получают синусоиду и по ней вычисляют период обращения планеты вокруг данной звезды. Разумеется, такой метод даёт мало информации, нам хотелось бы узнать больше. Однако из-за огромных расстояний и всегда временной ограниченности технических средств пока ещё ничего лучшего нельзя предложить.

Уже в 70-е годы XX века стало возможным обнаружить кольца пыли, окружающие многие молодые звёзды, через их влияние на инфракрасный спектр этих звёзд. В середине 80-х годов появились первые фотографии пылевых колец. Эти кольца могут быть протопланетными туманностями, из которых в дальнейшем сформируется планетная система, как это произошло в Солнечной системе. Но они могут быть и остатками формирования системы, чем-то вроде пояса Койпера, т. е. орбитальной свалки «строительного» мусора и пыли, осевших на окраинах после того, как упорядочивающее воздействие гравитации стянуло вещество газопылевого облака в чётко выраженные космические структуры.

Первые подтверждённые сведения об экзопланетах были получены соотечественником Коперника, польским астрономом Алексом Вольцжаном в 1991 г. Наблюдая радиопульсар, находящийся приблизительно в тысяче световых лет от нашего Солнца, Вольцжан обнаружил наличие перерывов в радиоизлучении, несомненно свидетельствовавших о том, что испускание сигналов заслоняется обращающейся вокруг пульсара планетой. Исследования, проведённые в 1991–1996 годах, позволили обнаружить вокруг этого пульсара планетарную систему, в чём-то похожую на Солнечную. Первая планета с массой 0,2 массы Земли обращается вокруг пульсара со скоростью 25 земных суток, вторая с массой 4,3 земных масс – за 67 суток, третья с массой, в 3,6 раза превышающей земную – за 98 суток и четвёртая, в 95 раз массивнее Земли, – за 170 земных лет.

Казалось бы, всё замечательно. На основании полученных данных можно предположить наличие у пульсара трёх планет «земной» группы и одной планеты-гиганта с массой Сатурна. Однако эти данные не вписываются в то, что учёные уже знают о физике пульсаров, представляющих собой нейтронные звёзды с огромной массой и очень компактными размерами. Непонятно, как мощное поле тяготения нейтронной звезды не притянуло эти планеты в термоядерную топку. И тем более непонятно, каким образом эти планеты уцелели при взрыве сверхновой, в результате которой образуются нейтронные звёзды. Поэтому открытие Вольцжана считается чрезвычайно интересным, но очень спорным.

Не менее странным является и открытие швейцарскими учёными в 1995 г. так называемого «горячего Юпитера». Это открытие получило признание в качестве первого в истории человечества несомненного обнаружения экзопланеты. В ходе широких исследований сотрудники Женевской обсерватории измеряли колебания движений 142 звёзд, отобранных по принципу относительной близости к Солнцу и похожести на него по наиболее важным физическим параметрам. При этом у звезды 51 в созвездии Пегаса были обнаружены колебания радиальной скорости, свидетельствовавшие о нахождении планеты-гиганта, равного по массе Юпитеру. Период обращения этой планеты вокруг звезды равен всего лишь 4 земных суток, а расстояние от звезды – около 7 млн. километров, т. е. в 8 раз ближе, чем орбита Меркурия отстоит от Солнца и в 20 раз ближе орбиты Земли. При такой близости температура поверхности планеты должна быть не меньше 700 °C, в соответствии с чем планета и получила прозвище «горячего Юпитера», и такое же прозвище стало применяться к подобным объектам. В настоящее время «горячие Юпитеры» обнаружены в уже в окрестностях более 150 различных звёзд. И в первом, и в последующих таких открытиях содержится многое, что не укладывается в представления, сложившиеся на основе исследований нашей родной Солнечной системы. Исходя их наших знаний о Солнечной системе, весьма странным представляется образование планет-гигантов в непосредственной близости от светила.

Сдвиг в сторону обнаружения планет-гигантов и прежде всего «горячих Юпитеров» объясняется несовершенством современной аппаратуры, которая требует чрезвычайной точности измерений спектральных сдвигов и позволяет легче всего находить очень массивные планеты, обращающиеся на минимальных расстояниях от звезд.

Самая мелкая из планет, обнаруженных до 2004 года, обладает массой в 40 % от массы Юпитера, обращается вокруг звезды, вдвое превышающей яркость Солнца на расстоянии 4,6 % от расстояния орбиты Земли по отношению к Солнцу, с периодом обращения 3,5 земных суток. Можно только предположить, какой ад царит на этой планете!

В 2004 году португальские учёные на расположенном в Чили телескопе обнаружили планету с массой, всего лишь в 14 раз превышающей массу Земли, т. е. приблизительно равной Урану. Юпитер же по массе равен около 318 масс Земли, что немаловажно напомнить для сравнения. Эта планета обращается вокруг звезды в созвездии Жертвенника, находится на расстоянии от этой звезды, в 10 раз меньшем расстояния от Земли до Солнца. Соответственно температура её поверхности составляет не менее 650 °C. Тем не менее первооткрыватели планеты считают, что она имеет твёрдую поверхность и не является газовым гигантом.

До настоящего времени обнаружена только одна звезда, Эпсилон Андромеды, которая имеет систему из нескольких планет (если, конечно не считать вышеупомянутый пульсар). Три планеты, обращающиеся вокруг ней, также очень велики и горячи. Первая из них с массой в 0,7 массы Юпитера находится от звезды на расстоянии 6 % расстояния от Земли до Солнца, период её обращения – 4,6 земных суток. Вторая с массой в 2,1 раза больше Юпитера имеет орбиту на расстоянии 8 % от орбиты Земли до Солнца и период её обращения 241 земных суток. Третья с массой 4,6 масс Юпитера, с орбитой – 2,5 расстояния от Солнца до Земли и с периодом обращения 1267 суток.

Самая горячая планета из всех открытых в настоящее время «горячих Юпитеров» обращается вокруг звезды в созвездии Пегаса, находящейся на расстоянии 150 млн. световых лет от Солнца. Эта планета объёмом больше Юпитера, с массой, составляющей 0,69 от его массы, так близко расположена своей орбитой к звезде, что разогрета до 1000 °C.

Первая фотография экзопланеты была получена в 2007 г. в световых и инфракрасных лучах на Очень Большом Телескопе в Чили. Эта планета с массой, в 5 раз превышающей Юпитер, обращается вокруг «бурого карлика», находящегося в созвездии Гидры на расстоянии 225 световых лет от Солнца.

Практически каждый год приносит новые сенсации в открытии экзопланет. Назревают и новые прорывы в методах исследования, обеспечивающих более прогрессивные способы восприятия экзопланет. Одним из перспективных методов считается интерферометрия, способ наложения друг на друга сигналов, полученных космическими телескопами, для составления целостной картины и обнаружения мелких деталей.

В 2005 году взяла старт интерферометрическая миссии НАСА (США), которая открывает перспективы для обнаружения планет, лишь в несколько раз превышающих размеры Земли. На 2012 год запланирована совместная программа НАСА и Европейского космического агентства, получившая название «Инфракрасный космический интерферометр». Её цель – обнаружение экзопланет земного типа, определение состава их атмосферы методами интерферометрии и спектроскопии.

В ближайшие 10 лет имеется намерение запустить космический зонд к одной из ближайших звёзд с целью передачи на Землю информации об имеющихся там объектах. Такому зонду потребуется не менее 20 лет космического путешествия, пока он преодолеет межзвёздное расстояние.

Другой путь создания возможностей для наблюдения экзопланет – создание сверхмощных телескопов в комплексе с компьютерными технологиями и всеволновыми приборами, выводимыми за пределы земной атмосферы. База телескопов будущего растянется на огромные расстояния и столь же огромными будут расстояния, на которых будут при их помощи проводиться наблюдения. Есть уверенность в том, что уже через 20-30лет люди Земли смогут наблюдать и изучать экзопланеты земного типа, получать полноценную информацию о планетных системах множества далёких звёзд. И есть надежда, что наступит момент, когда на одной из этих планет мы обнаружим признаки существования цивилизации. С этого момента начнётся новая эра – эра космического партнёрства.

Глава 10. Земля

Земля есть истинное космическое чудо, ибо она в своём эволюционном развитии пришла к способу мобилизации космического порядка, коренным образом отличающего её от всех прочих известных нам космических образований, в том числе и от планет земного типа. Этим способом мобилизации является жизнь, которая, проходя в своей эволюции множество этапов и разновидностей от наиболее примитивных форм к высшим, превратила биосферу Земли в важнейший фактор её геологической эволюции. Находясь на периферии нашей Вселенной, Метагалактики, и всех её структурных компонентов, включая Галактику, Земля благодаря чуду жизни и чуду её высшей формы – человеческой цивилизации – постепенно перехватывает у неживой природы роль мобилизующего источника мироздания. По мере космизации человеческой цивилизации именно с Земли начинается распространение разумного порядка и гуманной организации Космоса. Будучи третьей по счёту планетой от ничем не примечательной жёлтой звёздочки, Земля становится первым космическим чудом на весьма значительном пространстве в силу своего уникального положения в своей звёздной системе.

Земля – «срединное» образование, так сказать, «срединная империя» между варварскими, жестокими условиями других планет Солнечной системы. На Венере царит страшный жар, на Марсе – жуткий холод. Колоссальные различия между Землёй и её соседями по земной группе планет, не говоря уж о планетах-гигантах, представляющих собой «недопеченные» звёзды, свидетельствует о чрезвычайно узких рамках первоначальных условий, в которых только и могло начаться развитие жизни земного типа.

Земля – поистине особенная планета, она – единственная из планет, доступных современному исследованию, имеющая поистине уникальные свойства.

Первым из этих свойств является наличие воды в жидком состоянии, а не в виде льда или пара. Океаны занимают около 70 % поверхности планеты, а на суше имеются значительные запасы пресной воды в виде рек, озёр и подземных источников различной природы.

Второе свойство – наличие уникальной атмосферы. Земная атмосфера в настоящее время состоит на 78,1 % из азота, 20,9 % её составляет кислород, 0,93 % – аргон и 0,03 % – углекислый газ. Наличие водяного пара, колеблется от 0 до 3 %, причём в полярных зонах около 0,2 %, а в экваториальной зоне – около 3 %. Водород и гелий как «первичные» и наиболее простые по структуре газы, ставшие наряду с космической пылью источниками звёздообразования и планетообразования, имеются на Земле в минимальных количествах. Первоначально атмосфера Земли состояла главным образом из углекислого газа, однако микроорганизмы, водоросли и растения «расхватали» углекислый газ для дыхания и строительства своих тел, постепенно насыщая атмосферу кислородом.

Перенасыщение атмосферы кислородом и недостаток углекислого газа является фактором, способствующим энергонасыщению земных организмов, но препятствующим увеличению длительности и полноценности их жизни, поскольку углекислый газ способствует усвоению кислорода и препятствует самосжиганию организмов живых существ свободными радикалами. Большой процент кислорода также является уникальным свойством Земли, на других планетах имеются только его следы. Под воздействием солнечных лучей кислород частично преобразуется в озон. В результате произошло образование защитного озонового слоя, который препятствует губительному для биосферы проникновению жёсткого космического излучения.

Третье свойство – вулканическая активность. Извержения вулканов происходят в какой-либо точке Земли каждые сутки. В результате из недр Земли вырывается горячая расплавленная порода, которая, застывая, формирует крупные образования, включая различные острова. Вулканический пепел, лава и магма, способствуют образованию плодородных почв.

Четвёртое свойство – дрейф континентов и тектоника плит. Земная кора, кажущаяся нам неподвижной, на самом деле образована из гигантских окаменевших плит, на которых располагаются различные части континентов и океанов. Эти плиты постоянно скользят с определённой скоростью по текучему слою мантии вместе с верхним окаменевшим её слоем. Они могут наползать друг на друга, сталкиваться и тереться друг о друга, что вызывает землетрясения, извержения вулканов и процессы горообразования. Когда же они расходятся, расширяются океаны, образуется новая кора и океанические хребты. Около 200 миллионов лет назад все земные материки составляли единство, что явилось предпосылкой единства земной природы и многих процессов эволюции биосферы. Но затем плиты, увлекаемые конвективными течениями в мантии Земли, стали расходиться и расползаться в разные стороны, стимулируя колоссальное разнообразие земной природы и форм жизни.

Пятое свойство – относительно умеренные климат, обусловленный орбитальным положением Земли между горячей Венерой и холодным Марсом, а также особым характером атмосферы, препятствующим перепадам температуры от адской жары к невыносимому холоду.

Шестое свойство – мощное магнитное поле, образуемое в процессе вращения Земли вокруг своей оси горячим жидким слоем земного ядра. Находясь внутри нашей планеты и содержа в себе огромное количество расплавленного железа, это ядро генерирует магнитные силовые линии, которые, распространяясь в околоземном пространстве, образуют магнитосферу – своеобразную магнитную оболочку Земли. Эта оболочка защищает Землю от «солнечного ветра» – потока высокоскоростных частиц ионизированного газа, испускаемого Солнцем. Если бы не магнитосфера, постоянная бомбардировка этими частицами поверхности Земли разрушила бы оболочки и покровы живых существ и сделала бы невозможным существование биосферы.

Седьмое свойство – колоссальное разнообразие природной среды, географической оболочки планеты, климатических зон, ландшафта, широтных и высотных поясов.

Восьмое свойство – не менее широкое разнообразие химических элементов и соединений, составляющих природно-ресурсный потенциал развития биосферы и цивилизации. На Земле распространены все химические элементы, встречающиеся где-либо в окружающем Космосе. Железо, медь, алюминий, золото, уран, углеводородные соединения, огромное количество других материалов, используемых цивилизацией в качестве полезных ископаемых, энергетических ресурсов и средств повышения комфортности и качества жизни человека накопила земная кора в своих недрах. Разнообразие химического состава Земли стало химической основой образования и функционирования биосферы.

Наконец, девятое свойство и уникальная в масштабах Солнечной системы особенность Земли – наличие биосферы, буквально кишащей различными формами жизни от простейших одноклеточных существ до высших животных и человека. Все вышеперечисленные свойства Земли явились предпосылкой для образования биосферы, а функционирование биосферы в свою очередь стало формировать предпосылки и для повышения качества воды, и для преобразования атмосферы, и для преобразования различных элементов поверхности Земли, и для смягчения климата.

Американский астроном Майкл Харт показал, в каких узких пределах должно было проходить формирование свойств Земли, чтобы она стала «матерью» жизни земного типа. Если бы Земля была ближе к Солнцу всего лишь на 5 %, то вырывавшиеся из вулканов пары воды не смогли бы сконцентрироваться в моря и океаны. Помешал бы парниковый эффект, вызываемый повышением температуры. При увеличении же расстояния от Солнца всего на 1 % происходило бы прогрессирующее оледенение Земли. Если бы масса Земли была больше на 10 %, также возник бы парниковый эффект, препятствующий проникновению солнечных лучей. А если бы Земля оказалась меньше на 6 %, не смог бы образоваться озоновый слой, и зарождающаяся жизнь, да и жизнь современная погибли бы под воздействием жёсткого космического излучения.

Если бы светимость Солнца повысилась на 10–15 %, это привело бы к испарению всех водных источников, а если бы на столько же понизилась – произошло бы их оледенение. Если бы масса Солнца была меньше 50 % нынешней, оно превратилось бы в белый карлик, а затем остыло за несколько сотен миллионов лет. А при массе от 1,4 до 1,8 нынешней Солнце истощило бы запас водородного горючего и, пройдя стадию красного гиганта, испепеляющего планетную систему, также превратилось бы в белый карлик с тем же исходом.

Своей уникальностью Земля как бы специально предназначена для возникновения и эволюции жизни. Её природа обладает ещё более «тонкой подстройкой» к возникновению жизни и человека, чем природа Метагалактики. Поэтому специалисты вполне справедливо указывают на наличие не только космологического, но и геологического антропного принципа, т. е. такого состояния природной среды, самое незначительное изменение которого могло бы сделать невозможным развитие жизни и человека. Разумеется, подчинение эволюции природы этому принципу не является следствием некоего Божественного предначертания, а следствием никогда не прекращающейся эволюции.

Антропный принцип в Космосе и на Земле действует не потому, что эволюция природы подчинена некоей Силе, стремящейся к возникновению человека, а потому, что развитие Земли, земной биосферы и человека оказалось незначительной боковой ветвью развития Космоса, подчинённой постоянному воздействию космической среды. Окружающая Землю космическая среда совершенно не приспособлена к существованию жизни, более того, она настолько агрессивна к существованию жизни, что для её покорения необходим высочайший уровень мобилизации человечества и технического развития человеческой цивилизации.

Уникальность Земли как предпосылки возникновения биосферы подчёркивается рядом ограничений на физико-химические параметры планеты, даже незначительное отклонение от которых сделало бы невозможным направленность эволюции в сторону возникновения жизни. Исследователи выделяют четыре типа ограничений – по массе, по температуре, по форме орбиты обращения и по длительности существования планеты.

Ограничения по массе связаны с тем, что недостаточно массивные планеты не имеют достаточной силы притяжения, чтобы удержать атмосферу. Планеты же с массой, превышающей планеты земного типа, будут иметь слишком густую и плотную атмосферу, препятствующую проникновению солнечной энергии.

Ограничения по температуре определяются тем, что при температуре выше 100 °C (точка кипения воды на Земле) вода превращается в кипяток, начинают разрушаться или деформироваться макромолекулы белков и ДНК. Менее губительными для жизни являются крайне низкие температуры. Например, некоторые бактерии и вирусы способны выжить при температурах, близких к нулю, но только в состоянии анабиоза, т. е. в безжизненном состоянии. Однако постоянный мороз с температурой на уровне –100 °C и ниже создал бы непреодолимые препятствия самому возникновению жизни, так как образовал бы недостаток тепловой энергии для движения и взаимодействия живых существ.

Температурный режим на поверхности каждой планеты определяется её близостью к материнской звезде, светимостью этой звезды и ядерными реакциями, происходящими в недрах планеты. Положение планет Солнечной системы по отношению к Солнцу определяет так называемую зону жизни, в центре которой находится Земля. Наряду с ней в зону жизни входят в качестве её окраинных объектов Венера и Марс, а также спутник Земли Луна. Но на Венере слишком горячо, на Марсе слишком холодно, а на Луне, лишённой атмосферы, существует такой контраст между адской жарой и жутким холодом, что для сохранения жизни необходимо строить сложные технические сооружения.

Ограничения по форме орбиты обращения продиктованы тем, что планеты с чересчур вытянутой эллиптической орбитой испытывают чересчур сильные перепады температур при приближении и удалении от светила. Орбита же Земли лишь незначительно отклоняется от идеальной формы круга.

Наконец, «возрастные» ограничения связаны с тем, что для эволюции жизни необходим достаточно длительный срок, причём на протяжении более 3 млрд. лет темпы развития жизни на Земле были крайне низкими. Соответственно жизнь вряд ли может сформироваться на планетах, длительность существования которых ограничена чересчур коротким сроком существования звёзд, вокруг которых они обращаются.

Однако уникальность Земли не абсолютна. Российский астрофизик В.Г. Фесенков считает, что около 1 % планет Метагалактики имеют массу, температуру, форму орбиты и возраст, пригодные для жизни земного типа. Насколько это предположение верно, покажет время. Но уже сейчас очевидно, что в громадном разнообразии космических систем наличествует повторяемость путей эволюции и, соответственно, планетных образований со сходными условиями.

Землю при всей её уникальности нельзя считать идеально приспособленной к возникновению и поддержанию жизни. Быстрая смена времён года с большими перепадами температур, сильные ветры и ураганы, зной в пустынях и в экваториальной зоне, морозы в приполярных широтах, извержения вулканов, землетрясения, цунами постоянно ставят под вопрос существование самых различных групп, популяций и видов живых существ, создают угрозу человеческому обитанию. Организм отвечает на эти изменения болезнями или травмируется ими. Не Земля «пригнана» своей «тонкой подстройкой» и приспособлена к формированию жизни, это жизнь приспособлена к существованию Земли и в процессе длительной эволюции выработала биосферу, которая своим функционированием приспосабливает Землю к жизни, создавая условия для её воспроизводства и организации. Но для выживания на этой безразличной к жизни планете живые существа постоянно мобилизуют себя на противостояние негативным факторам среды, расходуя на это большую часть своих жизненных сил.