Что если тектонические плиты, океаны и континенты – редкость для планет во Вселенной? Может быть, инопланетная жизнь, способная к межзвездной связи, просто не имеет шанса развиться, если на ее родной планете нет тектонических плит, не говоря уже о нужном количестве воды и суши.
Роберт Стерн из Техасского университета в Далласе и Тарас Гериа из Швейцарской высшей технической школы Цюриха утверждают, что тектоника плит абсолютно необходима для развития сложных форм жизни. На Земле сложная многоклеточная жизнь появилась во время Кембрийского взрыва, 539 миллионов лет назад. «Мы полагаем, что возникновение современной тектоники плит значительно ускорило эволюцию сложной жизни и стало одной из главных причин Кембрийского взрыва», — считает Гериа.
Тектоника плит описывает процесс движения континентальных плит, которые дрейфуют по расплавленной мантии Земли. Их столкновения и расхождения порождают зоны субдукции, горные хребты, рифтовые долины и вулканы, а также вызывают землетрясения.
По мнению Стерна и Гериа, тектоника плит в ее современном виде зародилась лишь от полутора миллиарда до миллиарда лет назад, в геологическую эру, известную как неопротерозой. До этого на Земле господствовала «тектоника стабильных плит»: земная кора, называемая литосферой, представляла собой единое целое и не была разбита на отдельные плиты.
Переход к современной тектонике плит произошел только после того, как литосфера остыла достаточно, чтобы стать более плотной и прочной, а значит, способной к субдукции — то есть, к погружению под другие части литосферы с последующим «переплавлением» и возвратом на поверхность в зонах расхождения тектонических плит.
Тектоника плит как катализатор эволюции
Возникновение современной тектоники плит оказало серьезное влияние на биосферу, что, возможно, и дало толчок к эволюции сложной жизни чуть более полумиллиарда лет назад. Жизнь на планете внезапно оказалась в условиях, где ей пришлось приспосабливаться или погибнуть. В результате, возникло эволюционное давление, стимулировавшее развитие самых разнообразных форм жизни, населявших океаны и сушу, связанную с континентальными плитами.
Идея состоит в том, что этот толчок привел к тому, что жизнь в конечном итоге — без всякого разумного замысла или эволюционной цели, кроме естественного отбора — эволюционировала в нас с вами.
«Длительное сосуществование океанов и суши кажется критически важным для появления разумной жизни и технологических цивилизаций в результате биологической эволюции», — считает Гериа. «Однако одного лишь наличия континентов и океанов недостаточно, поскольку эволюция жизни — очень медленный процесс. Чтобы ускорить ее, необходима тектоника плит».
Однако есть проблема. Земля — единственная планета в Солнечной системе, где существуют тектонические плиты. Более того, модели показывают, что тектоника плит может быть редким явлением, особенно на экзопланетах класса суперземель, где может преобладать конфигурация «стабильных плит».
Океаны и континенты – еще один кусочек космического пазла
Помимо тектоники плит необходимы океаны и континенты. Модели формирования планет показывают, что планеты, полностью покрытые океанами глубиной в десятки километров, вполне обычны, как и пустынные миры без воды. Земля же с ее относительно тонкой оболочкой океанской воды и рельефом, позволяющим континентам возвышаться над океанами, занимает некое «золотое сечение», аккуратно сбалансированное между двумя крайностями — планетами-океанами и безводными пустынными мирами.
Наличие океанов крайне важно, поскольку существует весьма правдоподобная гипотеза, что жизнь на Земле зародилась именно в море. Суша также необходима — не только для обеспечения жизни питательными веществами путем выветривания пород и поддержания углеродного цикла, но и для того, чтобы сделать возможным горение (при наличии кислорода), которое в свою очередь может привести к возникновению технологий в руках разумных существ.
Редкость разумной жизни во Вселенной
Если планеты с тектоникой плит и нужным соотношением воды и суши — редкость, то технологически развитая, способная к общению внеземная жизнь может быть не менее редким явлением.
«Мы попытались объяснить, почему с нами до сих пор не связались», — говорит Гериа.
Чтобы проиллюстрировать свою точку зрения, Гериа и Стерн воспользовались уравнением Дрейка. Предложенное в 1961 году пионером SETI Фрэнком Дрейком, оно должно было дать толчок первой в истории научной конференции, посвященной поиску внеземного разума (SETI), прошедшей в том же году в обсерватории Грин-Бэнк в Западной Вирджинии.
Уравнение обобщает различные факторы, необходимые для развития технологических цивилизаций, и позволяет хотя бы приблизительно оценить количество внеземных цивилизаций, которые могут существовать во Вселенной.
Однако следует отметить, что уравнение Дрейка — скорее мысленный эксперимент, призванный показать, что нам известно, а что нет об эволюции разумной жизни, нежели абсолютное руководство по подсчету внеземных цивилизаций.
Цивилизации: редки, как бриллианты?
«Предыдущие оценки нижнего предела количества цивилизаций в нашей галактике были довольно высокими», — отмечает Гериа.
Один из параметров уравнения Дрейка — fi, доля экзопланет, на которых развивается разумная жизнь (как именно мы определяем «разум» в этом контексте — все еще предмет дискуссий, но современный подход включает всех разумных животных, например, шимпанзе и дельфинов).
Стерн и Геря утверждают, что fi должно быть произведением еще двух величин, а именно: доли планет с континентами и океанами (foc) и доли планет с длительной тектонической активностью (fpt).
Однако, учитывая очевидную редкость тектоники плит, а также миров, на которых возможны и океаны, и континенты, Стерн и Гериа полагают, что fi представляет собой весьма малую величину. По их оценкам, всего 17% экзопланет обладают тектоникой плит, а доля планет с нужным количеством воды и суши вероятно еще меньше — от 0,02% до 1%. Если перемножить эти величины, мы получим значение fi в пределах от 0,003% до 0,2%.
Подставив это значение в уравнение Дрейка, Стерн и Гериа получают значение количества внеземных цивилизаций где-то между 0,0004 и 20 000. Это довольно большой разброс, обусловленный тем, что остальные параметры уравнения Дрейка нам известны очень приблизительно, а то и вовсе неизвестны. Тем не менее, это на несколько порядков меньше миллиона цивилизаций, предсказанных самим Дрейком в 1960-х годах.
«Значение 0,0004 означает, что на 10 000 галактик может приходиться всего 4 цивилизации», — отмечает Тарас.
Важные оговорки
Следует учесть несколько важных моментов. Во-первых, как уже упоминалось, некоторые из остальных параметров уравнения Дрейка, такие как доля планет, на которых вообще возникает жизнь, доля планет с разумной жизнью, которая создает технологии, а также продолжительность существования этих цивилизаций, нам совершенно неизвестны. Если окажется, что эти значения крайне велики, например, если цивилизации обычно существуют миллиарды лет, то вероятность того, что в настоящее время их существует достаточно много, увеличится.
Во-вторых, хотя в целом для развития жизни в том виде, в каком мы ее знаем, необходимы тектоника плит, океаны и суша, можно представить себе сценарии, где развиваются технологически продвинутые жизненные формы, обитающие исключительно в океане и никогда не выходящие на сушу. Однако это скорее особые случаи, выбивающиеся из правила.
Кроме того, нельзя исключать возможность того, что мы слишком поспешно делаем выводы о том, что с нами никто не связывается. Астроном Джилл Тартер, занимающаяся поиском внеземного разума, любит повторять: если считать галактику океаном, то мы проверили всего лишь чашку воды из него. Несмотря на то что поиск в последнее время значительно ускорился благодаря амбициозному проекту Breakthrough Listen, ее слова по-прежнему актуальны. Мы еще не проверили каждую звезду, а за теми несколькими, за которыми мы наблюдаем, мы следим недостаточно долго. Мы вполне могли просто пропустить внеземной сигнал.
Великий фильтр и наша ответственность
Наконец, необходимо рассмотреть концепцию «Великого фильтра». Эта идея, впервые высказанная экономистом и футурологом Робином Хэнсоном, предполагает, что во Вселенной существует некий универсальный «барьер», препятствующий возникновению технологически развитых цивилизаций. В модели Стерна и Гериа таким барьером является отсутствие тектоники плит, океанов и континентов.
Однако несмотря на то что их оценка числа цивилизаций весьма мала, она не равна нулю. Существует также точка зрения, опирающаяся на принцип Коперника, согласно которому Земля не должна рассматриваться как нечто уникальное, это всего лишь еще одна планета, вращающаяся вокруг самой обычной звезды. Следовательно, если жизнь смогла возникнуть на Земле, то она может возникнуть и на многих других планетах. Тогда возникает вопрос: в какой момент вступает в силу «Великий фильтр»?
Может быть, Стерн и Гериа поторопились с выводами, объявив планеты с тектоникой плит и нужным соотношением воды и суши редкостью еще до того, как у нас появились наблюдательные данные в поддержку этого утверждения?
«Конечно, идеально было бы располагать наблюдательными данными о том, насколько распространены континенты, океаны и тектоника плит на экзопланетах», — говорит Гериа. «К сожалению, это находится далеко за пределами наших текущих возможностей. С другой стороны, сам процесс формирования планет нам в определенной степени понятен, а наши модели способны делать предположения о том, что мы можем обнаружить в будущем. Эти предположения можно использовать для оценки вероятности наличия континентов, океанов и тектоники плит на каменистых экзопланетах».
Если же Стерн и Гериа правы, то мы вполне можем оказаться практически в одиночестве во Вселенной. И в этом случае на нас ложится огромная ответственность.
«Мы должны сделать все возможное, чтобы сохранить нашу собственную, весьма уникальную цивилизацию!», — призывает нас Гериа. В противном случае мы рискуем уничтожить себя и стать причиной вымирания единственной технологически развитой жизни в нашей галактике Млечный Путь.
Анализ Стерна и Гериа был опубликован 12 апреля в журнале Scientific Reports .
Читайте также: Вымирания галактического масштаба: мрачный ответ на Великое молчание Вселенной
