27 ноября 2020, пятница, 23:40
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Симфония № 6

Издательство «Альпина нон-фикшн» представляет книгу Роберта Хейзена «Симфония № 6» (перевод Анастасии Наумовой, научный редактор Владислав Стрекопытов).

Роберт Хейзен — незаурядный ученый, меломан и успешный музыкант, и этим обусловлена структура его книги, повторяющая принципы построения симфонии. Ее лейтмотив — химический элемент № 6 в Периодической таблице, или углерод, без которого немыслима жизнь, с самого ее зарождения и до всего, что нас окружает в современном мире.

Временной охват книги — чуть менее 14 млрд лет, от возникновения Вселенной до наших дней. И на протяжении практически всего этого времени углерод исполняет свою уникальную партию в симфонии эволюции. Глубинный углеродный цикл, минералогия углерода, вулканические газы, алмаз и графит, органическое топливо, нанотрубки, климат, ископаемые останки животных и растений — вот лишь малая часть тем, затронутых в этом невероятно познавательном тексте.

Предлагаем прочитать фрагмент книги.

 

Одним из множества полезных результатов математических исследований минеральных редкостей, проведенных Гретой Хистад, стало ранжирование всех минеральных видов в соответствии с их вероятностью нахождения на Земле.

Поэтому мы задались таким вопросом: если бы мы могли взять другую планету, идентичную Земле во всём (того же размера и массы, того же состава и структуры, с океанами, атмосферой и движением плит), и «воспроизвести» 4,5 млрд лет ее истории и если бы в случае редкостного везения мы бы обнаружили на той далекой планете 5000 минералов, какова вероятность того, что они оказались бы теми же 5000 минеральных видов, которые мы видим сегодня на Земле?

Я подозреваю, что большинство минералогов, если бы им задали этот вопрос, подобно мне ответили бы, что минералогия планеты оказалась бы, в основном, такой же. Безусловно, присутствовали бы в изобилии все породообразующие минералы — кварц, полевой шпат, пироксен, слюда… Сотни других, менее распространенных минералов, к примеру алмаз, золото, топаз и бирюза, также неизбежно имели бы место. Продолжая рассуждение, я бы предположил, что и почти все редкие минералы тоже встречались бы в любом мире, подобном Земле. Они, конечно, точно так же были бы редкими, но в конечном счете и их бы нашли.

А вот и нет. По расчетам Хистад, это не так. Если заново «проиграть ту же пленку», то на всех планетах, химические и физические характеристики которых подобны земным, вероятно, порядка половины видов — более 2500 минералов — окажутся точно такими же, как на нашей. Еще у 1500 чуть менее распространенных минералов также есть хороший шанс — от 25 до 50 % — совпасть с земными. Но более 1000 самых редких минеральных видов, скорее всего, будут отличаться, причем для многих минералов вероятность появиться в других землеподобных мирах не превышает 10 %.

Вычислить по этим оценкам вероятность того, что две планеты будут иметь идентичную минералогию, было несложно: требовалось просто перемножить индивидуальные вероятности всех 5000 минеральных видов. Результат нас ошарашил. Вероятность несовпадения оказалась буквально астрономической — более 10320 (т. е. единица с 320 нулями)!

Сравните это непостижимое число с оценкой количества планет в космосе. Во Вселенной сотня триллионов галактик, в каждой в среднем 100 млрд звезд, поэтому — с учетом невероятного допущения, что у каждой звезды есть планета, подобная Земле, — при самом благоприятном сценарии получится, что в лучшем случае существует лишь 1025 таких же планет, как наша. Доведем рассуждения до абсурда: вам нужно будет изучить каждую планету в почти 10300 таких вселенных, как наша, чтобы найти ту одну-единственную, которая бы точно повторяла минеральный состав Земли.

Поразительное заключение Хистад было опубликовано в 2015 г. в одном из выпусков журнала Earth and Planetary Science Letters. Оно гласит: «Несмотря на жестко определенные физические, химические и биологические факторы, которые обусловливают бóльшую часть минерального разнообразия нашей планеты, минералогия Земли уникальна для космоса».

В основе открытия Хистад лежит глубокий философский аспект — вывод, связанный с вековым спором об относительных ролях случая и неизбежности. Сложные системы, будь то минералы или живые организмы, эволюционируют и по детерминистскому, и по вероятностному пути. С одной стороны, многие проявления природы неизбежны, продиктованы законами физики и химии. Уроните камень — и он упадет, зажгите лист бумаги в насыщенной кислородом атмосфере Земли — и он сгорит. С другой стороны, все сложные системы переживают одиночные события — «замороженные случаи», которыми также определяются эволюционные пути. Противостояние между случаем и неизбежностью усиливается, поскольку в большинстве природных систем не всегда легко различить, что есть что. Почему один редкий минерал образуется, а другой нет? Почему у Земли такой большой спутник? Почему на Земле появилась разумная жизнь? Было это случайностью или неизбежностью?

В минералогии мы теперь можем до поразительно высокой степени снять это противостояние количественным путем. Мы пришли к выводу, что, хотя многие аспекты минералогии Земли детерминированы, случай также играет существенную роль. Наши редкие минералы образуются в результате практически невероятной последовательности химических, физических и биологических процессов. Следовательно, Земля абсолютно и однозначно уникальна в космическом пространстве. Возможно, это и хорошо.

Землеподобные планеты

В науке не много тем, привлекающих столько же внимания, сколько открытие и описание планет за пределами Солнечной системы — невидимых миров, расположенных на расстоянии нескольких световых лет от нашего Солнца. В стремлении человечества узнать, одиноки ли мы во Вселенной, астрономы отслеживают едва заметные колебания и периодические уменьшения силы света той или иной далекой звезды, т. е. признаки того, что на ее орбите находится планета, пусть и слишком слабая, чтобы ее можно было увидеть непосредственно в телескоп.

Первыми были открыты далекие гиганты массивнее Юпитера, которые с бешеными скоростями проносятся по орбитам вокруг своих ближайших звезд в течение несколько дней, таким образом вызывая максимально возможные звездные возмущения. Но, когда мы отмечали 20-ю годовщину обнаружения первой планеты вне нашей Солнечной системы, фокус внимания сместился с громадин на миры, более похожие на Землю.

Термин «землеподобные» имеет различный смысл для разных людей. Астрономы фокусируются на трех характеристиках, которые они могут уверенно измерить: это радиус, масса и орбита. Радиусы землеподобия вычисляются на основании максимального уменьшения силы света звезды, когда планета затемняет крошечную ее часть, а массы — исходя из степени звездного колебания, вызываемого гравитационными эффектами. Но этого недостаточно: чтобы планета получила звание землеподобной, ее орбитальные параметры должны соответствовать нахождению в обитаемой зоне — сплющенном в форме пончика пространстве, где жидкая вода может удерживаться на поверхности планеты или рядом с ней. Всё больше открытых планет — Kepler-186 f, Kepler-438 b, Kepler-452 b (их определили по данным космического телескопа «Кеплер») — укладывается в рамки этих астрономических ограничений. Как и минимум три из семи планет, вращающихся вокруг небольшой звезды TRAPPIST-1, что всего в 40 световых годах от Солнца. Почти каждый месяц заголовки в СМИ возвещают об обнаружении «самой землеподобной планеты».

Но обычно в этих легкомысленных статьях даже не упоминается, что одни только радиус, масса и орбита — довольно плохие индикаторы потенциальных планетарных близнецов Земли. Чего здесь не хватает, так это химии. Видимые световые спектры далеких звезд — сведения, которые легко получить посредством современных телескопов, — показывают, что звезды сильно различаются по своему химическому составу. В некоторых звездах намного больше или намного меньше магния, или железа, или углерода, чем в нашем Солнце. И вероятно, эти важные различия в составе звезд в значительной степени отражаются и на составе их компаньонов-планет, потому что они формируются из тех же протопланетных дисков.

Химический состав планет имеет значение. Недавние исследования минералогов и геохимиков указывают на то, что даже небольшие отклонения в нем могут сделать планету непригодной для жизни. Если будет слишком много магния, не запустится движение плит — главный локомотив круговорота необходимых для жизни питательных веществ. Если не хватит железа — не сформируется магнитное поле, защищающее жизнь от смертоносных космических лучей. При недостаточном количестве воды, или углерода, или азота, или фосфора не зародится жизнь в той форме, которую мы знаем.

Так что — каковы наши шансы найти другую Землю? Поскольку ключевых химических элементов набирается более десятка да плюс еще множество менее значимых, вероятность воспроизвести все основные параметры химического состава мала: разве что одна из 100 или, может быть, даже из 1000 землеподобных планет будет похожа по составу на Землю. Тем не менее при осторожной оценке количества подобных Земле по радиусу, массе и орбите планет в 1020, должно существовать бесчисленное множество таких миров, как наш.

Это осознание может привести нас в замешательство. Найти планетарных соседей, похожих на нас, землян, — это вполне человеческое желание, аналогичное тому, как мы ищем друзей и любимых, которые разделяют наши вкусы, политические взгляды и религиозные убеждения. Но наткнуться на кого-то, кто подобен нам во всех отношениях — одевается так же, имеет ту же профессию и хобби, использует точно такие же характерные фразы и язык жестов, — было бы немного жутковато. Ровно так же, мне кажется, нас несколько выведет из равновесия обнаружение планеты-клона, неотличимой от Земли.

Но не нужно волноваться, этого не произойдет. Поэтому, находясь в смелом поиске всё более подобных нашему дому планет, мы можем быть абсолютно уверены, что есть только одна планета, поистине идентичная Земле.

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ МФТИ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность антропогенез археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биоинформатика биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты клад климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос кошки культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеоклиматология палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы путешествие пчелы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экзопланеты экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Алексей Ананьев Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад Солнечная система альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология культурные растения междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эволюция звезд эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество Европейская южная обсерватория жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2020.