Воображаемая жизнь

Могут существовать и другие виды излучения звезды — такие, как солнечный ветер или выбросы частиц. Конечно, мы видим это на нашем Солнце. Однако эти вспышки, скорее всего, будут спорадическими и, вероятно, больше повредят, чем принесут пользу жизни на поверхности Айсхейма. Жизнь на поверхности, если бы она когда-нибудь утвердилась там, вероятно, смогла бы приспособиться к постоянному солнечному ветру, как это сделала жизнь на поверхности Земли. Однако в любом случае маловероятно, что эти явления могут повлиять на жизнь в нижней части ледяного слоя.

Таким образом, с точки зрения наблюдателя в ледяном слое планеты, Айсхейм обладает довольно простой энергетической экономикой. Тепло поступает к нижней стороне льда из ядра, просачивается вверх сквозь лёд и в итоге выходит в космос в виде инфракрасного излучения. В то же время излучение звезды питает энергией слой вблизи верхней стороны льда. Таким образом, стоящая перед нами проблема состоит в том, чтобы понять, как в такой среде будет развиваться жизнь.

Происхождение и ранняя эволюция жизни

Давайте начнем с гидротермального источника срединно-океанического хребта. Как мы уже отмечали, из недр планеты будет поступать два вида энергии: тепловая и химическая. Тепло создаст вокруг источника пузырь жидкой воды. Такие пузыри могут быть довольно большими — в конце концов, цепи гидротермальных источников на Земле протягиваются на тысячи миль. Вообще, туннель может лучше, чем пузырь, изображать области вокруг гидротерм Айсхейма.

Многие учёные считают, что жизнь на Земле возникла вокруг такого рода гидротермальных источников, и мы не видим причин, по которым на Айсхейме не могло произойти того же самого. Предположительно, как уже обсуждалось в главе 4, первыми должны были развиваться одноклеточные организмы. Чисто теоретически давайте предположим, что осуществился также и переход к многоклеточной жизни. Как только развилась многоклеточная жизнь, мы можем взглянуть на окружающую среду, в которой она существует, чтобы увидеть, как она может эволюционировать.

Первое, что мы можем отметить, это то, что вдоль гидротермы будут находиться места, где питательные вещества, необходимые для жизни, будут поступать из недр в большей концентрации, чем в других местах. Это означает, что вдоль гидротермы будет наблюдаться градиент, а количество нужных материалов будет расти по мере приближения к областям с высокой концентрацией питательных веществ. Существует очевидное эволюционное преимущество в том, чтобы двигаться вверх по этому градиенту в более богатые ресурсами области, и мы ожидаем, что естественный отбор создаст жизнь с такой способностью. Такие формы жизни должны стать конечным продуктом длинной цепочки актов отбора, причём каждый шаг позволял бы им чуть быстрее продвигаться вверх по градиенту питательных веществ. Это удовлетворяло бы требованию, которое мы предъявляли к эволюционным изменениям в главе 4: каждый шаг в цепочке событий должен давать эволюционное преимущество.

Один из способов обеспечить мобильность — это быть формами жизни, которые способны двигаться независимо, как рыбы в океанах Земли. Но независимая мобильность — это не единственный способ, посредством которого организмы могут реагировать на градиент питательных веществ. Немобильные формы жизни (например, устрицы) могут доставлять новые поколения потомства в области, более богатые ресурсами: например, споры могут высвобождаться преимущественно в направлении «вверх по градиенту». В этом случае каждая особь была бы привязана к одному месту, но популяции переселялись бы с течением времени.

Какая из этих двух стратегий станет преобладать, будет зависеть от того, насколько быстро менялось расположение богатых питательными веществами окрестностей горячих источников. Быстрые изменения благоприятствовали бы независимому передвижению, тогда как более медленные изменения могли бы способствовать переселению популяций. Мы предполагаем, что можно ожидать обоих типов эволюции — так что у нас будут как «рыбы», так и «устрицы».

Есть ещё один градиент, который может существовать в туннелях, образованных гидротермальными источниками — это температурный градиент. Вода в гидротермальном источнике будет весьма горячей. На Земле, например, температура воды в гидротермальных источниках может превышать 750°F (400°C) — высокое давление, создаваемое лежащим выше океаном, не даёт воде закипеть. С другой стороны, на поверхности льда температура обычно не будет превышать примерно 32°F (0°C). Таким образом, в туннеле должны существовать области с разными уровнями температуры, как и на Земле. Поэтому можно ожидать, что в итоге в процессе эволюции появятся разные виды, каждый из которых будет приспособлен к собственному температурному режиму (вспомните тигров и белых медведей).

А как насчёт поверхности планеты? Первое, что мы можем сказать — то, что развитие жизни, похожей на нас, и даже жизни, не похожей на нас, зависит от химических реакций в жидкой среде. Поскольку на поверхности Айсхейма жидкостей нет, мы должны сделать вывод о том, что в этой среде жизнь не может развиваться независимо. С другой стороны, учёные утверждают, что часть жизни на Земле, зародившаяся в гидротермальных источниках срединно-океанических хребтов, позже мигрировала на поверхность. Подобный процесс — единственный для нас способ увидеть жизнь, выходящую на поверхность Айсхейма.

Конечно, между Землёй и Айсхеймом существует существенное различие в том, что касается миграции жизни на поверхность. На Земле путь от горячего источника до поверхности проходит по жидкой воде, и всё, что необходимо для перехода, — способность организма справляться с изменениями давления, когда он плывёт вверх. И напротив, в Айсхейме путь наверх ведёт сквозь сплошной лёд — гораздо более внушительный барьер.

Именно в этот момент мы можем увидеть, как вступают в игру свойства естественного отбора. Энергия, которой звезда заливает тонкий слой льда на поверхности, может оказаться полезной для форм жизни, которые эволюционировали вокруг горячих источников. Проблема состоит в том, что для использования этой энергии живые существа должны нащупать такой ряд шагов, которые (1) выведут их на поверхность и (2) наделят эволюционным преимуществом на каждом из этапов.

Например, во льду может существовать сеть микроскопических трещин, в которые может поступать горячая, богатая минеральными веществами вода из гидротермального источника, несущая в себе микробы. Если бы эти трещины дошли до области, куда проникла энергия звезды, эти микробы могли бы эволюционировать в многоклеточные фотосинтезирующие организмы, как они сделали на Земле. Смысл этого сценария состоит в том, что разломы должны были дойти до поверхности хотя бы в одном месте, чтобы жизнь могла колонизировать всю поверхность. Если бы в одном месте слой льда был особенно тонким, то там путешествие сквозь лёд было бы значительно легче. Как только одноклеточные живые системы, первыми мигрировавшие на поверхность, эволюционировали бы в сложные фотосинтетические организмы, они, предположительно, распространились бы по поверхности, и в дальнейшем уже не контактировали бы напрямую с горячими источниками.

Эти эволюционно продвинутые организмы будут зависеть от света звезды как от источника энергии. На Земле преобразование солнечного света в материалы, необходимые для жизни, — это невероятно неэффективный процесс. Например, в жаркий летний день кукурузное поле в Айове — место, где солнечный свет используется, возможно, успешнее, чем где-либо ещё на планете, — преобразует в органические молекулы лишь считанные проценты энергии, содержащейся в солнечном свете. Мы сомневаемся, что растительная жизнь на Айсхейме может оказаться столь же расточительной. Следовательно, мы предполагаем, что уловители солнечной энергии у обитающих на поверхности организмов Айсхейма — за неимением лучшего термина, давайте назовём их «листьями», — будут довольно крупными по земным меркам. Вероятно, они также были бы чёрными, потому что им пришлось бы поглощать всю энергию скудного излучения звезды. Иными словами, вместо того, чтобы выглядеть как блестящий ледяной шар, Айсхейм вполне может быть хотя бы частично покрыт тонким слоем чёрных листьев.

Как мы уже отмечали, между поверхностью льда и поверхностью ядра будут существовать два потока энергии: движущееся вверх тепло изнутри, которое в итоге будет излучаться в космос, и в слое близ поверхности льда — звёздное излучение, распространяющееся вниз. Можно представить себе жизнь, колонизирующую слой льда, подобно тому, как жизнь колонизировала негостеприимные полярные регионы Земли. Нити — давайте назовём их «корнями» — могут протягиваться с поверхности вниз, чтобы поглощать любого рода энергию, которую не улавливают листья; они также могут простираться вверх от туннелей жидкости у гидротермальных источников, улавливая тепло, покидающее каменистую поверхность. В обоих случаях возможность использовать дополнительные источники энергии таит в себе очевидное эволюционное преимущество. В некоторых случаях прорастающие вниз нити могут даже объединяться со своими тянущимися вверх напарниками, создавая аналог леса бурых водорослей.

Разум и технологии

Развитие продвинутых форм жизни на такой планете, как Айсхейм, в лучшем случае проблематично. Мы очень мало знаем об условиях окружающей среды, которые привели к появлению на Земле развитого разума, поэтому мы не можем точно сказать, будут ли они существовать на Айсхейме, но давайте в целях обсуждения предположим, что они существуют. Другими словами, давайте предположим, что живые существа вокруг жерл Айсхейма действительно приобрели то, что мы назвали бы разумом. Как бы выглядела их технология?

Во-первых, их окружение показалось бы нам очень странным. Если не считать свечения лавы, выходящей через жерло, там стояла бы кромешная тьма. Наши гипотетические организмы, вероятно, воспринимали бы окружающий мир в инфракрасном диапазоне, и у них были бы улучшенные тактильные органы, чтобы ощущать движение воды вокруг себя. Конечно, они существовали бы в жидкой среде, но их мир был бы заключён в купол из твёрдого льда. Размеры купола — границы их вселенной — будут зависеть от количества тепла, поступающего из их гидротермального источника. Чем больше будет тепла, тем больше льда будет растоплено и тем большее пространство будет доступно для жизни. Если бы поступление тепла из недр планеты стало достаточно сильным, «туннели» талой воды увеличились бы до такой степени, что слились бы, образовав вокруг ядра толстый слой жидкой воды, который оставался бы покрытым водяным льдом сверху. Это будет мир подповерхностного океана, который мы обсудим в следующей главе. Эта возможность иллюстрирует тот факт, что границы между различными видами водных миров выражены не так резко, как мы отмечали выше.

В жизни этого гипотетического мира доминирующим явлением будет температурный градиент между гидротермальным источником и ледяной стеной или потолком, поэтому, вероятно, можно предположить, что первой наукой, разработанной на Айсхейме, будет термодинамика. Первые машины планеты, вероятно, использовали бы этот градиент для производства энергии, подобно тому, как люди использовали энергию ветра, строя ветряные мельницы.

Переброска тепла также представляла бы особую важность в технологии айсхеймеров. Она, по всей вероятности, сыграла бы в их технологии роль, аналогичную той, которую играла переброска воды в ирригационных системах в ранних культурах у людей. Поскольку у наших гипотетических организмов на Айсхейме не было бы огня, тепло, перемещаемое из области гидротермального источника, должно было бы удовлетворять их потребности — например, обогревать какие-то укрытия, которые им требовались для поддержания цивилизации вблизи поверхности льда.

Что касается материалов и инструментов, то айсхеймеры оказались бы практически в той же ситуации, в какой когда-то находились наши собственные предки на Земле. Предположительно, по полу их туннеля были бы разбросаны камни, подходящие для изготовления примитивных орудий труда, и вблизи горячих источников были бы отложения различных минералов, которые можно добывать. Без огня металлургия была бы совершенно иной, хотя мы подозреваем, что инженеры Айсхейма смогли бы изготавливать инструменты из расплавленной смеси камня и металла, поступающей из жерл подводных вулканов. Они могли бы, например, разливать материал из жерла по формам. По сути, жерла подводных вулканов будут бесплатно обеспечивать процессы нагрева и расплавления, необходимые для металлургии на Земле. Мы даже можем представить себе, что айсхеймерская металлургия достигнет такого уровня точности, что ведение записей и хранение информации будут происходить при помощи подходящих для этого металлических изделий.

Мы предполагаем, что устройством, которое символизировало бы технологию Айсхейма, стала бы труба — подобно тому, как колесо символизирует нашу собственную технологию. Если бы для какой-либо работы потребовалось тепло, его можно было бы просто подать в соответствующее место по трубе, начинающейся у гидротермального источника. Если, например, требуется больше жилых площадей, для их создания можно было бы распылять горячую воду из гидротермального источника на ледяную стену. Вместо того, чтобы дробить материал, как мы делаем на Земле, когда хотим построить туннель, инженеры Айсхейма могли бы просто удалить его при помощи горячей воды.

Общение и язык

А как айсхеймеры общались бы друг с другом? В океанах Земли киты и дельфины используют звуковые волны по аналогии с человеческим языком. Поэтому представляется разумным ожидать, что эволюция жизни в туннелях жидкости вокруг горячих источников на Айсхейме может привести к аналогичному использованию звука для связи и, возможно, в качестве гидролокатора для навигации. Нам также известно, что некоторые виды угрей взаимодействуют с окружающей средой с помощью электричества, поэтому электромагнитные сигналы могут представлять собой ещё один способ общения.

На ранних этапах эволюции жизни на Айсхейме организмы, которые могли бы лучше всех обнаруживать небольшие изменения в тепловых выбросах, производимые хищниками, обладали бы преимуществом в выживании. Если помнить о преобладании тепловой энергии в области вблизи горячего источника, обнаружение и модуляция рисунка тепловых колебаний могут также служить средствами связи и навигации. Это будет происходить параллельно с развитием глаз, которые собирают видимый свет на Земле. Мир, каким его видят жители Айсхейма, представлял бы собой богатую смесь тепловых колебаний. Это может даже послужить толчком к появлению науки на их планете.

Наука

В большинстве ранних цивилизаций на Земле сформировалось тонкое понимание движения Солнца, Луны и планет на звёздном ночном небе. Такие наблюдения преследовали главным образом практические цели, и изначально использовались для определения сезонных сроков посева и сбора урожая сельскохозяйственных культур и, возможно, для отслеживания миграций животных, добывавшихся для получения пищи и одежды. Позже они понадобились нашим самым первым путешественникам для мореплавания. Исследование движения планет относительно фоновых, «неподвижных» звёзд привело к разработке первых космологий в греческой и других культурах. Ответ на вопрос о месте Земли в огромной вселенной, окружающей нас, неизменно оставался основным в философии практически всех культур.

Самым ранним разумным видам на Айсхейме ночное небо было бы недоступно, но мы можем задать себе вопрос: что они «увидели» бы, если бы взглянули вверх? Конечно, они увидели бы ледяной потолок, но если бы их «глаза» были тонко настроены на небольшие колебания теплового излучения, то они действительно смогли бы увидеть доказательства того, что за этим потолком существует вселенная. Если на их планете существуют сезонные изменения, как на Земле, то изменение местоположения солнца в небе над Айсхеймом вызовет тепловые волны, которые по-разному распространяются вниз сквозь лёд.

Возможно, айсхеймеры смогли бы обнаружить эти тепловые волны. Они могли бы даже попытаться понять закономерность движения источника тепла по их ледяному «небу». Если на их планете есть ещё и источники тепла от крупных близлежащих планет и лун, то картина этих движений может быть довольно сложной, что может привести к развитию сложной космологии.

Исследователи Айсхейма

Вы можете представить себе бесстрашных исследователей, покидающих свой родной горячий источник и отправляющихся в путь сквозь льды, подобно тому, как европейские моряки отправлялись в плавание по океанам в эпоху географических открытий. Разработать технологию, необходимую для такого путешествия, — термоизолированную трубу — было бы не так уж сложно. И точно так же, как европейские моряки обнаружили Новый Свет, исследователи Айсхейма открывали бы новые горячие источники, новые места, где их вид жизни мог бы процветать. Они могли бы даже использовать тепловые знаки в своем ледяном «небе» в качестве вспомогательных средств навигации. В конце концов, может появиться опоясывающая весь мир система туннелей, соединяющих горячие источники планеты, подобно авиационным маршрутам, соединяющим разные места на поверхности Земли.

Если жители Айсхейма обладают склонностью к науке, можно даже представить себе экспедицию, предназначенную для того, чтобы двигаться вверх сквозь лёд, а не по скалистой поверхности, как это делали люди в нашу эпоху первых исследований Земли. Айсхеймерам было бы несложно направить свои трубы в новом направлении вверх, а не вбок, — если бы им стало интересно узнать о закономерностях и источниках тепловых колебаний в их «небе». Тогда они с изумлением обнаружили бы, что в их мире есть «самый верх»! Любопытство может завести их ещё дальше. Они могли бы открыть для себя космическое пространство и задаться вопросом о том, что их ждёт на этих просторах. Возможно, они будут совершенствовать космоплавание и получат возможность ответить на собственную версию вопроса «Есть здесь кто-нибудь ещё?»

Майк и Джим

Джим: Я вижу, что некоторые ребята из университета Седьмого Источника предлагают проложить тоннель, ведущий вверх.

Майк: Ты имеешь в виду, удаляясь от горячего источника? Зачем им это нужно?

Дж.: Они утверждают, что те небольшие изменения в тепловых сигналах, которые мы недавно обнаружили, исходят от источника за поверхностью льда.

М.: Ты имеешь в виду, что они думают, будто бы у льда есть поверхность?

Дж.: Они так говорят.

М.: Это же полная чушь! Поверх льда не может быть воды — любая поверхность наверху оказалась бы слишком далеко от горячих источников, чтобы что-нибудь могло растаять. Как же можно получить воду без горячего источника?

Дж.: И все знают, что без горячего источника жизни просто не может быть.

М.: А горячего источника не будет без скалистой поверхности.

Дж.: Да уж, вся эта затея — бред какой-то.

7

НОВАЯ ЕВРОПА:

ОКЕАН ПОДО ЛЬДОМ

Вы сидите в подводной лодке, плывущей прямо над самым дном океана. Вдали виднеется подводный горный хребет. Под вами — гидротермальный источник срединно-океанического хребта, из которого в воду исторгается нечто напоминающее чёрный дым. Вокруг горячего источника колышется густой лес растениеподобных организмов, питающихся богатой химической смесью, извергаемой из недр планеты. Левее вы замечаете косяк рыб, которые используют для плавания растворённые в воде газы, накапливая их в плавательном пузыре. Вы приглядываетесь к горячему источнику внимательнее: похоже, рядом с ним есть здания, а над ними плавает что-то вроде воздушных шаров. Но какими бы удивительными ни были эти вещи, вас больше всего интересует нечто иное. Вы ведёте свою подводную лодку вверх, сквозь толщу воды, пока её нос внезапно не врезается в сплошной слой льда. Вы добрались до предела этого мира.

* * *

Когда мы только начали исследовать внешние пределы солнечной системы, одним из величайших сюрпризов стала Европа, спутник Юпитера. Космический аппарат «Галилео», запущенный в 1989 году и достигший Юпитера в 1995-м, сделал удивительное открытие, связанное с этим небесным телом. На основании измерений, которые мы сейчас подробно опишем, команда «Галилео» пришла к выводу, что под ледяной поверхностью Европы находится подлёдный океан жидкой воды. На самом деле оказывается, что на этой крошечной Луне жидкой воды больше, чем во всех океанах Земли. В отличие от планеты Айсхейм, которую мы обсуждали в предыдущей главе, и где были лишь пузыри жидкой воды вокруг горячих источников, а остальная поверхность была покрыта толстым слоем льда, Европа обладает большим океаном под сравнительно тонким слоем льда.

Трудно переоценить то влияние, которое это открытие оказало на научный мир. Ранее предполагалось, что значительное количество жидкой воды в нашей солнечной системе находится исключительно в океанах Земли. Вообще, в 1980-е годы один из авторов этой книги (Дж. Т.) назвал нехватку воды главным препятствием для экспансии человеческой расы в космос. Конечно, Европа с температурой поверхности -370°F (-223°C) была последним местом, где кто-либо ожидал бы найти жидкую воду. Однако это именно то, что обнаружил «Галилео».

Взгляд на поверхность Европы намекает нам на то, что именно в этой луне есть нечто особенное. Прежде всего, на ней очень мало кратеров. Поскольку за время своего существования Европа должна была подвергнуться ударам множества небесных тел, отсутствие кратеров подразумевает наличие механизма их стирания или скрытия. Детали этого механизма мы обсудим позже, а пока просто отметим, что нынешней поверхности Европы менее 50 миллионов лет — лишь мгновение ока по астрономическому времени. Кроме того, на ледяной поверхности есть большое количество трещин, которые, по-видимому, заполнены пока ещё неопознанным чёрным веществом, которое, очевидно, поступает изнутри. Трещины свидетельствуют о том, что в прошлом лёд на поверхности раскалывался и смещался.

Первые свидетельства существования подповерхностного океана жидкой воды были получены в результате магнитных измерений, проведенных космическим аппаратом «Галилео», когда он пролетал мимо Европы. Они показали наличие магнитного поля, и лучший способ объяснить этот факт — предположить, что на Европе есть глобальный океан солёной воды под тонкой ледяной поверхностью. Космический телескоп «Хаббл» убедительно подтвердил этот вывод в 2016 году, когда обнаружил столбы водяного пара, выбрасываемые с поверхности на высоту до 120 миль (200 км).

В совокупности эти результаты показывают, что Европа обладает глобальным подповерхностным океаном жидкой воды глубиной от 50 до 120 миль (от 80 до 200 км) под слоем льда толщиной в среднем несколько миль. Толщина льда сильно варьирует в разных местах поверхности Европы и в некоторых районах может составлять всего лишь около мили (0,6 км) или около того.

Первый вопрос, который приходит на ум, как только мы признаём существование подповерхностного океана на Европе, состоит в том, откуда берется энергия, необходимая для поддержания воды в жидком состоянии. В отличие от Айсхейма, Европа слишком мала, чтобы выделять значительное тепло либо в процессе охлаждения, либо благодаря радиоактивности. Мы ожидаем, что она будет геологически мертва, как Луна у Земли.

Однако существует ещё один источник энергии, действующий в системе Юпитера, и он обусловлен гравитационным воздействием, которое оказывают на Европу Юпитер и другие его спутники. Европа завершает оборот по орбите примерно за 85 часов, и за это время расстояние между ней и Юпитером и тремя другими крупными спутниками планеты (Ио, Ганимед и Каллисто) меняется. Следовательно, сила и направленность гравитационного воздействия, которое испытывает Европа, также меняются. В результате она постоянно изгибается, скручивается и деформируется — а при этом, как мы знаем, выделяется тепло. (Вы можете убедиться в этом, если быстро посгибаете металлическую полосу туда-сюда, а затем потрогаете пальцами место изгиба.) Этот процесс, известный как приливный разогрев, способен поддерживать подповерхностный океан Европы в жидком состоянии в течение многих миллиардов лет. (Название дано в связи с тем фактом, что изменяющееся гравитационное поле создаёт приливы и отливы на небесных телах.)

Как только было подтверждено существование подлёдного океана на Европе, аналогичные подповерхностные океаны были обнаружены на Ганимеде и Каллисто, а также на спутниках Сатурна Титане и Энцеладе. Космический аппарат «Кассини», находившийся на орбите Сатурна, смог пролететь через гейзер, извергающийся на поверхности Энцелада. Подповерхностные океаны во внешней области Солнечной системы быстро стали главными кандидатами на звание мест, где могла развиться внеземная жизнь. Это, кстати, объясняет, почему в 2003 году космический аппарат «Галилео» столкнулся с Юпитером, а космический аппарат «Кассини» в 2017 году врезался в Сатурн. Они оба были уничтожены, чтобы исключить (минимальную) возможность того, что они могут упасть на одну из этих лун и тем самым загрязнить её земными микробами.

Прежде чем покинуть нашу Солнечную систему, мы должны отметить, что наблюдения с космического аппарата «Новые горизонты» показывают, что на Плутоне также есть подповерхностный океан жидкой воды, а на его луне Хароне подповерхностный океан существовал в далёком прошлом. Поскольку на Плутоне возможность приливного разогрева отсутствует, источник тепла, необходимого для поддержания существования его океана, в настоящее время остается загадкой.

Существует несколько путей образования мира с подповерхностным океаном, покрывающим каменное и, возможно, металлическое ядро. Большая планета вроде Айсхейма может начинать со слоя твёрдого льда, покрывающего каменное ядро, но остаточное тепло от образования планеты или большое количество тепла, выделяемого за счёт радиоактивного распада в её ядре, может растопить этот лёд в количестве, достаточном для создания океана. В качестве альтернативы, как и в случае с Европой и другими лунами в нашей Солнечной системе, внешний процесс наподобие приливной деформации может генерировать достаточно много тепла для поддержания части воды, покрывающей ядро, в жидком состоянии. В этих ситуациях тепло, которое поддерживает подповерхностный океан, создаёт слой жидкой воды «снизу вверх».

Можно также представить себе мир, на поверхности которого когда-то существовали жидкие океаны, но он охладился достаточно сильно, чтобы его внешний слой воды был заморожен, а внутренняя вода оставалась жидкой. События «Земля-снежок» в истории нашей собственной планеты показывают, что такое может случиться. Вообще, в истории Земли были моменты, когда её можно было бы классифицировать как мир подповерхностного океана. Основная мысль в данном случае заключается в том, что структура планеты развивается в последовательности «сверху вниз», при этом слой льда образуется поверх жидкого океана. События «Земля-снежок» вновь напоминают нам, что планеты могут перемещаться взад-вперёд между различными категориями водных миров, которые мы выделили. Кроме того, мы должны быть готовы к тому, что условия для развития жизни могут различаться в зависимости от того, исследуем ли мы спутник планеты, подвергающийся приливному разогреву, или планету на собственной орбите, не подвергающуюся подобному нагреву.

В этом месте мы сталкиваемся с одним из тех вопросов без ответа, которые иллюстрируют пробелы в наших знаниях об астрономических объектах, потому что дело в том, что мы на самом деле не понимаем особенностей тепловых потоков в небесных телах с подповерхностными океанами. Существует общее мнение о том, что жидкая вода будет переносить тепло вверх за счет конвекции. Однако неизвестно, будет ли конвекция происходить ещё и во внутренней, каменной мантии и металлическом ядре, как на Земле. Некоторые теоретики утверждают, что даже такой маленький мир, как Европа, может поддерживать конвекцию в мантии и, следовательно, обладать такими глубоководными гидротермальными источниками, которые мы обсуждали в предыдущей главе. Чисто теоретически мы предположим, что это так, и рассмотрим только миры с подповерхностными океанами, где существуют глубоководные гидротермальные источники.

Давайте рассмотрим, как могла бы развиваться жизнь в таком мире, и в честь открытий космического аппарата «Галилео» давайте назовём наш воображаемый мир Новой Европой.

Лингвистическое отступление

Вероятно, вам известно, что в 2006 году небольшая группа астрономов на заседании Международного астрономического союза, одним из самых глупых решений, когда-либо принятых научным органом, проголосовала за «понижение» Плутона до статуса «карликовой планеты». В процессе принятия решения им пришлось совершенно непонятным образом переопределить слово «планета» (полное обсуждение этого голосования приводится в нашей книге «Экзопланеты»[4]). Это решение было проигнорировано многими учёными-планетологами, и в этой книге мы поступим так же. Чтобы читателям было легче понимать наши доводы, мы также сохраним общепринятое различие между «планетой» и «луной», но отметим, что среди учёных-планетологов существует тенденция называть любой объект, включая луны, «планетой», если он достаточно велик, чтобы мог собраться в сферическую форму, и достаточно мал, чтобы не быть звездой. Мы отдаём себе отчёт в том, что называть Луну Земли «планетой» несколько странно, по крайней мере, на первый взгляд, но мы ожидаем, что это соглашение в конечном итоге примут ещё больше астрономов.

Жизнь подо льдом

Как мы уже не раз отмечали, самая интересная ситуация в водных мирах возникает, когда ядро достаточно велико, чтобы поддерживать тектоническую активность, и из-за этого на поверхности твёрдого ядра имеются горячие источники в районе срединно-океанических хребтов. Многие учёные считают, что жизнь на Земле зародилась в таких источниках в глубоких океанах нашего мира, и они, бесспорно, создают среду, в которой в изобилии имеются энергия и материалы, необходимые для жизни. Давайте рассмотрим планету с горячими источниками на поверхности её ядра и подповерхностным океаном, покрытым слоем льда, — мир, который мы называем Новая Европа.

Как мы увидели на примере Айсхейма, явным эволюционным преимуществом для живых организмов будет способность переселяться вдоль жерла горячего источника в те места, где материалы, необходимые для поддержания жизни, будут особенно изобильным. Мы ожидали бы, что это окажется справедливым и для Новой Европы, но у её обитателей будет дополнительная возможность, недоступная айсхеймерам. На Айсхейме передвижение между горячими источниками заблокировано твёрдым льдом, однако на Новой Европе живые организмы могут легко колонизировать новые горячие источники, просто передвигаясь в жидкой воде. По факту мы ожидали бы от них способности мигрировать к разным источникам, подобно тому, как живые организмы на Земле переселяются с острова на остров через поверхность океана.

Каждый горячий источник будет представлять собой отдельную экологическую нишу, которую можно колонизировать, и мы ожидаем, что дарвиновская эволюция будет стимулировать развитие различных видов для этих ниш, как и на Земле. Например, различные горячие источники могут выносить на поверхность разные химические смеси, или поддерживать разные температуры, и эти различия приведут к появлению разнообразных видов на дне океана. (Ещё раз вспомните о тиграх и белых медведях.)

Картина потоков энергии на Новой Европе была бы аналогична таковой на Айсхейме. Тепловая и химическая энергия выбрасывались бы вверх через гидротермальные источники, а свет от звезды планеты проникал бы в слой льда. Мы можем представить себе формы жизни, которые возникли в жерлах срединно-океанических хребтов и следуют за восходящим потоком энергии и вещества к нижней части ледяного покрова. Он отмечал бы предел их вселенной. Как и на Айсхейме, эволюционное преимущество получат организмы, которые смогут расселиться сквозь лёд и воспользоваться энергией излучения своей звезды. Мы даже можем представить себе несколько способов, позволяющих осуществить такое расселение.

Например, в слое льда могут быть трещины и расщелины, по которым может просачиваться вода, несущая с собой микробов. Кроме того, мы знаем, что в мирах с подповерхностным океаном в нашей Солнечной системе (в том числе на спутнике, который мы можем назвать «Старой» Европой) время от времени образуются гейзеры жидкой воды, которые представляют собой ещё один путь сквозь лёд. Наконец, мы считаем, что удары метеоритов могут разламывать такие слои льда большими трещинами, позволяя жидкой воде вытекать из недр. Когда эта вода замерзает, она создает новую поверхность — это процесс, который астрономы называют обновлением поверхности. (Он, кстати, объясняет редкость кратеров на поверхности «Старой» Европы.) Любая из этих возможностей может дать живым системам контакт с излучением звезды, и мы предполагаем, что начнётся эволюция какого-то процесса наподобие фотосинтеза, чтобы организмы могли воспользоваться этой энергией.

Вообще, утверждения из предыдущего абзаца поднимают интересный вопрос, потому что, хотя и кажется, что в мирах с подповерхностными океанами жизнь сравнительно легко может пробиться сквозь слой льда, в нашей Солнечной системе нет свидетельств существования жизни на поверхности таких миров. Различие, которое мы провели между лунами и планетами, где океаны на первых поддерживаются в жидком состоянии за счёт приливного разогрева, вполне может оказаться очень важным. В других мирах может существовать какая-то ещё не открытая причина, по которой жизнь в таких мирах, как Новая Европа, не сможет мигрировать на поверхность.

Например, может оказаться, что эти миры просто слишком далеки от Солнца, чтобы поддерживать жизнь на своей поверхности. В предыдущей главе мы увидели, что крупные «листья» могут компенсировать слабый приток энергии. Однако между океаническими микробами и крупными листьями может быть какой-то эволюционный шаг, который представляет собой своего рода «бутылочное горлышко», труднопреодолимое для живых систем. Или же, как вариант, процесс приливного разогрева может обладать каким-то пока неизвестным свойством, которое сдерживает переселение к поверхности. И, разумеется, существует вероятность того, что именно в этих мирах нашей Солнечной системы жизнь просто не возникла.

Кроме того, поверхность «Старой» Европы подвергается интенсивной бомбардировке частицами с Юпитера. Этот поток достаточно силён, чтобы уничтожить любую жизнь на поверхности спутника, но он может проникнуть в лёд всего лишь на несколько дюймов. Это открывает возможность для существования «поверхностной» жизни на Европе в нескольких дюймах под верхней стороной льда, а не над ней. Такую скрытую жизнь нельзя было бы обнаружить при помощи наших современных космических зондов и телескопов.

Есть ещё один факт, который может объяснить отсутствие жизни на поверхности спутников с подповерхностным океаном в нашей Солнечной системе, и он связан с тем, что нам известно о пищевых сетях в океанах Земли. Если исключить экосистемы в горячих источниках срединно-океанических хребтов, вся пищевая сеть в океанах нашей планеты поддерживается за счёт солнечного света. В основании цепочек сети находятся микроскопические организмы вроде фитопланктона, которые используют фотосинтез для преобразования энергии солнечного света в энергию, запасённую в органических молекулах. Несмотря на то, что солнечный свет может проникать в воду чуть меньше, чем на полмили (около 800 м), — это так называемая фотическая зона, — все остальные существа в море в конечном счёте потребляют энергию, запасённую в этих молекулах. Слой льда на Новой Европе воспрепятствовал бы образованию такой фотической зоны. Солнечный свет просто не смог бы проникнуть сквозь лёд в лежащую под ним воду.

И НАСА, и Европейское космическое агентство рассматривают возможность запуска миссий, предназначенных для непосредственного отбора проб и изучения тёмного материала, который появился из трещин на Европе. Для этого потребуется спускаемый аппарат со сложным устройством для химического анализа, очень похожий на марсоход «Кьюриосити», который в настоящее время находится на Марсе. В конце концов, возможно, потребуется пробурить лёд на Европе, чтобы взять пробу воды под ним. Если зонд обнаружит там живые организмы, то мы сможем начать анализировать эволюционную цепочку, которая их породила. Если такой зонд окажется пустым, это будет свидетельствовать о том, что на разогретых приливами мирах с подповерхностными океанами жизни развиваться сложнее, чем мы полагаем в настоящее время. В любом случае к вопросу о том, почему на поверхности этих миров нет жизни, следует подходить путём сбора новых данных, а не путём пустых рассуждений. С другой стороны, данные миссии «Европа» могут рассказать или, напротив, не скажут нам ничего определённого о жизни в мире, подобном Новой Европе, которая является планетой, а не спутником. Как и в случае большей части анализов экзопланет, здесь возникает много вопросов, на которые в настоящее время у нас нет чёткого ответа — этого момента мы вновь коснёмся в главе 17.

Разум и технологии

Учитывая то, как развивается многоклеточная жизнь вокруг океанских гидротермальных источников на Земле, разумно предположить, что многоклеточная жизнь может эволюционировать и в горячих источниках океанов на Новой Европе, и нам снова придётся признать, что мы не знаем, увидим ли мы там ещё и разумную жизнь. Однако, предположив, что разум и технологии действительно развиваются, мы можем строить предположения о том, какая цивилизация может возникнуть в условиях подповерхностного океана.

Как и на Айсхейме, камни на дне океана и материалы, выбрасываемые горячими источниками, станут источником металлов и химических соединений, необходимых для поддержки технологий. Точно так же, как колесо характеризует технологию Земли, а труба — технологию Айсхейма, технологию Новой Европы характеризует воздушный шар как важнейшее приспособление для передвижения по этому миру. Воздушный шар, наполненный газом (или, что более вероятно, жидкостью, менее плотной, чем окружающая вода), мог бы поднимать жителей Новой Европы над твёрдой поверхностью ядра их планеты и позволил бы им исследовать свою планету. Мы ожидали бы, что вначале их передвижение будет направлено в стороны, то есть главным образом параллельно поверхности ядра. Жители Новой Европы нанесли бы на карты вид сверху на поверхность твёрдого ядра своего мира почти так же, как европейские моряки в эпоху географических открытий исследовали поверхность океанов Земли. Однако они постепенно обратили бы внимание на подповерхностный океан сверху над ними. Единственной технологией, которая им понадобится для этого, будут всё более и более лёгкие жидкости, которыми они будут наполнять свои «воздушные шары».

И далее они, разумеется, наткнулись бы на лёд.

Что случилось бы на Земле, если бы на ранних этапах освоения космоса нам встретилось препятствие, которое мешало бы нам двигаться дальше вверх? В космологии греков существовал именно такой барьер: твёрдая хрустальная сфера, вращение которой перемещало по небу Луну. Стали бы жители Новой Европы строить свою космологию на основе такой концепции и остановились бы, удовлетворённые тем, что достигли пределов своей вселенной? Или вместо этого они решили бы проложить туннель в слое льда, чтобы посмотреть, насколько далеко его можно протянуть?

Можно представить себе серию событий на Новой Европе, которые образуют своего рода зеркальное отражение того, что происходило на Земле. Главное отличие состоит в том, что, если отдельные учёные на Земле сосредоточились на том, чтобы заглянуть внутрь нашей планеты ради понимания её природы, учёные на Новой Европе станут смотреть вверх, в слой льда. В 20 веке была разработана наука сейсмология, которая дала нам представление о внутреннем строении Земли. Точно так же учёные на Новой Европе могли бы разработать способ использования звуковых волн для составления карты слоя льда и, что ещё важнее, обнаружить, что он не простирается наружу до бесконечности, а вместо этого обладает конечной толщиной.

Земные учёные также провели бурение на Земле. Самая глубокая из всех сделанных нами — Кольская сверхглубокая скважина неподалёку от Мурманска в России. Эта скважина пробурена на 7,5 миль (12 км) вглубь Земли. Если бы у жителей Новой Европы была аналогичная технология, они, вероятно, смогли бы добраться до поверхности льда, просто пробурив его вверх — по крайней мере, если бы его толщина была такой же, какую мы ожидаем для спутника Юпитера Европы.

Выполнению этой задачи способствовало бы не только любопытство. Достижение поверхности льда также могло бы нести в себе огромные технологические и экономические преимущества, поскольку оно позволило бы жителям Новой Европы использовать энергию, излучаемую их звездой. Точно так же, как мы используем геотермальную энергию для выработки электроэнергии и подачи тепла, они могли бы установить на льду солнечные коллекторы, преследуя те же самые цели. Можно даже представить себе «гонку к поверхности» между цивилизациями, привязанными к разным горячим источникам — аналог космической гонки XX века на Земле.

Мы можем представить себе энергетические станции на поверхности льда, окружённые солнечными коллекторами и соединённые длинными кабелями с дном океана. Мы даже можем провести аналогию между жителями Новой Европы, эксплуатирующими поверхность льда, и людьми, эксплуатирующими околоземное пространство. Для людей основные экономические преимущества этой среды в настоящее время заключаются в осуществлении связи и навигации, хотя предлагались также проекты огромных солнечных коллекторов, выведенных в космос.

Жители Новой Европы, набранные в штат своих поверхностных энергетических станций, должны быть защищены от космического вакуума или газовой атмосферы своей планеты точно так же, как люди на Международной космической станции должны быть защищены от суровых условий, в которых они находятся. По той же причине значительная часть наших космических исследований осуществляется с помощью беспилотных спутников. Возможно, жители Новой Европы пошли бы по аналогичному пути — заселили бы поверхность своего мира машинами и роботами, удовольствовавшись тем, что они сами остались в своей комфортной домашней обстановке на дне океана. Или, возможно, они продолжили бы смотреть вверх, на новооткрытые звёзды, и решили бы продолжить исследования, как это сделали люди. Для этого им пришлось бы преодолеть множество препятствий — даже просто достичь поверхности льда было бы сложно, а для создания чего-либо, напоминающего пусковые установки, потребовалось бы много ресурсов, которые нужно было бы доставить на очень большое расстояние. Возможно, лучшей аналогией было бы создание людьми постоянной базы на Луне у Земли. Однако на бумаге у нас уже есть планы такого объекта, и нет никаких причин считать жителей Новой Европы менее предприимчивыми, чем мы сами.

Интересно порассуждать о том, как жители Новой Европы могли бы относиться к освоению космоса и колонизации планет. Долгие годы люди мечтали найти возле другой звезды «другую Землю», которую мы могли бы колонизировать и сделать вторым домом для людей. Это была бы каменная планета, где на поверхности находится жидкая вода в стабильном состоянии — то, что в главе 9 мы называем миром Златовласки. Мы уже нашли несколько десятков таких планет, хотя Земля — единственная в нашей солнечной системе. Покрытые льдом океанические миры понравились бы жителям Новой Европы гораздо больше, чем планеты земной группы, которые нравятся людям. Учитывая, что в нашей Солнечной системе сушествует, как минимум, пять таких миров — Европа, Ганимед, Каллисто, Титан и Энцелад, — она может оказаться более пригодной для жизни скорее для них, чем для людей. Таким образом, они смогли бы добиться гораздо большего успеха в колонизации планет, чем люди, и смогли бы сделать это быстрее.

Майк и Джим

Майк: Помнишь, Атон 112 проводил семинар по верхним слоям океана несколько лет назад?

Джим: Ага, у него была идея, что можно исследовать ледяной потолок, посылая звуковые волны и прислушиваясь к их отражениям.

М.: Ну, оказывается, он получил финансирование для своего проекта. И это ещё не всё — он нашёл такое место, где, как он утверждает, лёд тонкий, и действительно просверлил его насквозь!

Дж.: И что же он нашёл?

М.: Ничего.

Дж.: Что ты имеешь в виду под словом «ничего»?

М.: То и имею — он утверждает, что надо льдом находится вакуум.

Дж.: Чушь какая-то. Он, что, не проходил курс общей философии? Всем же известно, что природа не терпит пустоты. И жизнь никогда не смогла бы выжить в вакууме.

М.: Давай взглянем правде в глаза — там не может быть ничего, кроме льда.

Дж.: Ну да, только лёд, лёд, лёд на всём пути вверх.

8

НЕПТУНИЯ:

ВОДА, ВОДА, КРУГОМ ВОДА

Вы плывёте в маленькой лодке. Вода раскинулась до самого горизонта, куда бы вы ни взглянули, и поскольку вы уже бывали на этой планете раньше, вы знаете, что, куда бы вы ни поплыли, вид будет точно таким же. Несколько тонких белых облаков плывут над вашей головой, но вы помните, что они могут собираться во внезапные штормы. Над вами пролетает несколько птиц, похожих на альбатросов и принадлежащих к виду, который овладел искусством защиты своих яиц в этой среде: он оставляет их плавать на поверхности воды. Под килем можно заметить косяки рыб, и вы знаете, что где-то глубоко внизу скрываются гигантские хищники, которые ими питаются. Гораздо дальше внизу, в 100 милях (160 км) под корпусом вашей лодки, сильное давление прессует молекулы воды в странные формы льда. Это Нептуния.

* * *

Мы продолжаем наше исследование покрытых водой миров с каменистой мантией и металлическим ядром, и рассматриваем экстремальный пример: мир с океаном жидкой воды и вообще без суши. Неудивительно, что такие миры существуют и уже открыты. Планета под названием Глизе 1214 b, которую мы подробно обсудим в главе 14, является одной из таких. Расположенная в 40 световых годах от Земли, она получила от астрономов прозвище «Водный мир», поскольку напоминает одноимённый научно-фантастический фильм 1996 года. Слой жидкой воды, покрывающий её поверхность, может достигать глубины 100 миль, представляя ещё одну среду обитания в нашем обзоре воображаемой жизни. Мы будем немного более официальными, чем наши коллеги, охотящиеся за планетами, и назовём наш воображаемый водный мир Нептунией в честь греческого бога моря[5].

Первое, что мы можем сказать о Нептунии — для того, чтобы быть водным миром, она должна находиться в обитаемой зоне своей звезды — в той области, где излучение звезды имеет достаточную интенсивность, чтобы не допустить замерзания океанов. И действительно, если бы океан Нептунии замёрз на поверхности, она была бы похожа на мир, который в предыдущей главе мы назвали Новой Европой, а если бы её океан промёрз до дна, Нептуния была бы похожа на мир, который мы назвали Айсхеймом в главе 6. Это подчёркивает тот момент, на котором мы уже не раз заостряли внимание: водные миры бывают разных форм, и всегда есть вероятность того, что одна форма может превратиться в другую.