Где инопланетяне? Учёные объяснили, почему развитые цивилизации могут быть редкостью

Если где-то неподалёку существует обитаемая планета на несколько миллиардов лет старше Земли, означает ли это, что её жители давно должны были построить межзвёздные корабли? Кажется логичным: больше времени — более сложная жизнь — более развитая цивилизация. Новое исследование предлагает разрушить эту простую цепочку. Возможно, важны не столько миллиарды лет, сколько количество энергии, которое биосфера успела получить и переработать.

Так появляется необычный вариант ответа на знаменитый парадокс Ферми: если разумная жизнь во Вселенной возможна, то где все? Авторы новой работы предполагают, что многие потенциально обитаемые планеты около соседних звёзд могут быть значительно старше Земли и одновременно эволюционно отставать от неё. На некоторых из них жизнь, если она вообще возникла, теоретически могла так и остаться преимущественно микробной.

В основе гипотезы лежит фотосинтез. На Земле он не просто кормит растения. Фотосинтез превращает энергию света в химическую энергию и тем самым создаёт фундамент почти всей сложной наземной биосферы. Чем выше первичная продуктивность экосистемы, тем больше энергии потенциально доступно пищевым сетям и сложным организмам.

На Земле эту закономерность легко увидеть, сравнив тропический лес с холодной пустыней. Возраст участков планеты здесь почти ничего не объясняет. Там, где достаточно света, тепла и воды, растения способны фиксировать больше углерода и поддерживать богатые экосистемы. В холодной или засушливой среде доступная биологическая энергия значительно меньше.

Исследователи решили перенести этот принцип на другие миры. Вместо вопроса «сколько лет планете?» они фактически спрашивают: «Сколько фотосинтетической работы потенциальная биосфера могла выполнить за всё это время?» Для оценки используется кумулятивное количество фиксированного углерода — условный показатель того, сколько органического вещества могла создать фотосинтезирующая жизнь за историю планеты.

Особенно интересны миры около красных карликов. Это наиболее распространённый тип звёзд в нашей Галактике, а многие известные каменистые экзопланеты находятся именно возле них. Красные карлики способны существовать чрезвычайно долго, поэтому некоторые их планетные системы значительно старше Солнечной.

Но возраст здесь может оказаться обманчивым преимуществом. Красный карлик значительно тусклее Солнца. Чтобы получать достаточно тепла для существования жидкой воды, планета должна обращаться сравнительно близко к звезде. При этом она может оказаться в приливном захвате — постоянно смотреть на светило одной стороной, подобно тому как Луна всегда обращена к Земле одной стороной.

Для фотосинтетической биосферы это создаёт необычные условия. Свет распределяется по поверхности совсем не так, как на вращающейся Земле, а спектр излучения красного карлика отличается от солнечного. Добавим температуру, облачность и осадки — и планета, существующая на несколько миллиардов лет дольше Земли, совсем не обязательно накопит больше биологической продуктивности.

Авторы применили эту идею к 29 потенциально обитаемым экзопланетам в относительно близких к Солнечной системе звёздных системах. Для оценки климата использовались модели температуры, количества осадков и достигающего поверхности коротковолнового излучения. Эти параметры позволяют приблизительно оценить условия для продуктивности фотосинтетической жизни земного типа.

Самый известный пример — TRAPPIST-1e примерно в 40 световых годах от нас. Это один из наиболее обсуждаемых потенциально обитаемых миров: по размеру он близок к Земле и расположен в области своей системы, где при подходящей атмосфере теоретически возможно существование жидкой воды.

Но в модели исследователей возраст не спас TRAPPIST-1e. Расчётное кумулятивное количество фиксированного углерода составило лишь около 21% земного показателя. Хотя система старше нашей, потенциальная биосфера могла переработать значительно меньше энергии.

Авторы пошли дальше и предложили интерпретировать количество накопленной биологической продукции как очень грубый ориентир возможной стадии эволюции. Поскольку расчётный показатель TRAPPIST-1e оказался ниже земного уровня, накопленного до распространения более продуктивных сосудистых растений, исследователи предполагают, что гипотетическая жизнь там могла бы всё ещё находиться преимущественно на микробной стадии.

Звучит впечатляюще, но здесь особенно важна осторожность. Мы пока не знаем даже того, существует ли жизнь на TRAPPIST-1e. Неизвестны с необходимой точностью её атмосфера, поверхность, океаны и реальная биологическая продуктивность. Тем более невозможно утверждать, что определённое количество фотосинтеза автоматически приводит сначала к животным, затем к разуму и технологической цивилизации.

Исследование предлагает модель возможных ограничений, а не календарь эволюции. Земная история произошла один раз, и мы не знаем, насколько типична её последовательность для других планет. Возникновение сложных клеток, многоклеточности, нервной системы и разума могло зависеть от множества случайных и уникальных событий.

Тем не менее сравнение 29 миров дало любопытный результат. Только две экзопланеты — GJ 1061c и K2-3d — по используемой модели потенциально могли превзойти Землю по предполагаемому эволюционному продвижению. Ещё для трёх авторы получили показатели, которые условно сопоставили с земной эпохой сложной жизни примерно уровня мезозоя.

Даже эти оценки не означают, что на двух планетах существуют цивилизации, а на трёх других бродят аналоги динозавров. Такие сравнения служат наглядной шкалой для модели. Реальная внеземная эволюция, если она существует, совершенно не обязана повторять земную.

Работа зато предлагает интересный способ ранжировать цели будущих наблюдений. Если телескопное время ограничено, можно отдавать дополнительный приоритет мирам, где сочетание возраста, температуры, света и предполагаемых осадков потенциально позволяло биосфере производить большое количество органического вещества в течение миллиардов лет.

Интересно и то, что наиболее продуктивные кандидаты в модели не обязательно напоминают рай из фантастического фильма. Одним из главных ограничителей для перспективных миров оказались осадки. Поэтому авторы шутливо сравнивают потенциальную среду развитой внеземной жизни скорее с засушливыми пейзажами «Дюны», чем с буйными лесами «Аватара».

А что насчёт инопланетного вторжения? Исследование, разумеется, не рассчитывает вероятность появления кораблей над Землёй и не доказывает отсутствия технологических цивилизаций поблизости. Оно делает более скромное утверждение: большой возраст планеты сам по себе недостаточен, чтобы считать её жизнь более развитой.

И в этом заключается главный поворот. Мы привыкли представлять эволюцию как часы: дайте жизни достаточно миллиардов лет, и она неизбежно станет сложной и разумной. Новая гипотеза предлагает вместо часов представить энергетический счётчик. Если биосфера получает и перерабатывает слишком мало энергии, огромное количество времени может не дать ожидаемого результата.

Возможно, ответ на вопрос Ферми «Где они?» скрывается не только в расстояниях между звёздами и редкости зарождения жизни. Некоторые соседние миры могут быть древнее Земли на миллиарды лет, но их эволюционные часы способны идти гораздо медленнее наших. И если там действительно есть жизнь, вместо высокоразвитых соседей нас, возможно, ждут прежде всего микробы.