Примечания книги Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной. Автор книги Калеб Шарф

1

О Левенгуке написано огромное количество литературы и существует множество электронных ресурсов. Его часто называют «Отцом микробиологии». Хотя Левенгук был ученым-любителем в том смысле, что не получил никакого официального образования, он состоял в Королевском научном обществе Англии. Всего он написал в Общество и другие научные учреждения более пятисот писем, где рассказывал о своих наблюдениях, в том числе – первых наблюдениях клеток крови и спермы. Интересная историческая подробность: в 1676 году он был душеприказчиком великого живописца Яна Вермеера. Левенгук умер в 1723 году, достигнув девяноста лет. Ему посвящен прекрасный веб-сайт: www.vanleeuwenhoek.com.

2

У книги есть и подзаголовок: «Некоторые физиологические описания крошечных телец, сделанные при помощи увеличительных стекол, а также их наблюдения и исследования» (вот так вот!). Труд был опубликован в 1665 году (первое издание – London: J. Martyn and J. Allestry) и содержал великое множество рисунков и рассуждений: «О жале пчелы», «О перьях павлина», «О лапках мух и других насекомых», «О голове мухи», «О зубах улитки», «О бороде дикого козла», «О бриллиантах в кремне», «О растительности на листьях, пораженных паршой», «О неизвестном насекомом, напоминающем краба». См. также короткую статью P. Fara, «A Microscopic Reality Tale», Nature 459 (2009): 642–44.

3

Английский ученый-энциклопедист (1635–1703) и выдающийся изобретатель. Происходил из относительно бедной семьи. Занимал должность «попечителя научных опытов» в недавно основанном Королевском научном обществе, а кроме того, много трудился на ниве микроскопии и подошел очень близко к тому, чтобы вывести основные составляющие ньютонова закона всемирного тяготения. Считается, что именно Гук ввел в научный обиход термин «клетка», поскольку он первым применил его при описании похожих на коробочки растительных клеток, которые рассматривал под микроскопом.

4

До Левенгука уже создавались микроскопы с несколькими линзами, позволявшие рассматривать предметы под большим увеличением. Самая простая система представляла собой две линзы с разными фокусными расстояниями, встроенные в разные концы трубки.

5

Приемы Левенгука изучены не полностью. Однако, похоже, он сумел усилить оптическую мощность микроскопов при помощи крошечных сферических линз, избежав необходимости тщательно полировать их. Капельки воды, в которых содержались рассматриваемые образцы, вероятно, также представляли собой своего рода сложный оптический механизм, где вода играла роль линзы.

6

Оценки историков разнятся: по некоторым источникам, микроскопов было более пятисот, однако, возможно, речь идет о количестве линз, а не собственно микроскопов. Левенгук работал над ними примерно полвека, так что эти числа, возможно, не слишком преувеличены.

7

Судя по записям Левенгука, эта вода, скорее всего, была взята из небольшого озерца Беркельсе Мер в окрестностях Дельфта.

8

Левенгук писал: «И, разглядев воду, как указано выше, я взял небольшое ее количество в стеклянный сосуд; рассмотрев же воду на следующий день, я обнаружил плававшие в ней различные частички почвы, какие-то зеленые волокна, закрученные спиралью наподобие змей, очень ровно и упорядоченно, словно медные или оловянные змеевики, при помощи которых винокуры охлаждают свои напитки, когда перегоняют их. По толщине каждое из этих волокон было сравнимо с волоском с человеческой головы».

9

Образчики зубного камня попали под микроскоп в 1683 году, и в них, судя по всему, обитали палочковидные бактерии – представители рода бацилл.

10

Микроскопический мир очень заинтересовал ученых, а наблюдения за размножением крошечных организмов опровергли преобладавшее в то время представление о «самозарождении». Однако это открытие, судя по всему, вызвало гораздо меньше споров, чем наблюдения над макроскопической картиной мира.

11

Наиболее известны достижения Луи Пастера, который, кроме всего прочего, окончательно опроверг идею самозарождения и предположил, что бактерии не только портят пищу, но и вызывают болезни у людей. От этого можно уберечься, если прогревать («пастеризовать») пищу. Роберт Кох доказал, что бактериями вызывается и сибирская язва.

12

Оригинальные сочинения Аристарха до нас не дошли. Однако Архимед в «Псаммите» («Исчисление песчинок» – трактат, в котором он пытается подсчитать, сколько песчинок поместится во Вселенную) дается отсылка к гелиоцентрической идее Аристарха: «… Аристарх Самосский выпустил в свет книгу о некоторых гипотезах, из которых следует, что мир гораздо больше, чем понимают обычно. Действительно, он предполагает, что неподвижные звезды и Солнце находятся в покое, а Земля обращается по окружности круга… между Солнцем и неподвижными звездами, а сфера звезд… так велика, что круг, по которому… обращается Земля, так же относится к расстоянию до неподвижных звезд, как центр сферы к ее поверхности». (Пер. И. Веселовского).

13

В зависимости от версии аристотелевой модели число этих сфер равнялось или 47, или 55. Aristotle, Metaphysics, 1073b1–1074a13, в кн. The Basic Works of Aristotle / ed. Richard McKeon. New York: Random House, 1941; The Modern Library, 2001, 882–83.

14

Истории, рассказанные в этой главе, во многом почерпнуты из обстоятельного и достойного труда Thomas S. Kuhn. The Copernican Revolution: Planetary Astronomy in the Development of Western Thought. Cambridge/London: Harvard University Press, 1957; rev. ed., 1983, особенно в той части, которая касается более глубоких тенденций, связывающих эту «космологию» с религиозным и научным мировоззрением на протяжении веков.

15

Перевод «Альмагеста» Птолемея на современный английский см. «Ptolemy’s Almagest», trahslated and annotated by G. J. Toomer. Princeton: Princeton University Press, 1998. Название пришло из арабского языка, а там, в свою очередь, произошло от древнегреческого слова, означающего «величайший». Трактат известен также под латинским названием «Syntaxis mathematica».

16

Как мы увидим, в частности, проблема состояла в том, что планеты не оказывались в нужном месте в нужное время, а модель Птолемея предполагала, что все движение по эпициклам и деферентам происходит с постоянной скоростью.

17

См., например, André Goddu. Copernicus and the Aristotelian Tradition: Education, Reading, and Philosophy in Copernicus’s Path to Heliocentrism. Leiden, Netherlands: Brill, 2010. Об истории вопроса и различных точках зрения на него прекрасно рассказано в книге Owen Gingerich. The Book Nobody Read: Chasing the Revolutions of Nicolaus Copernicus. New York: Walker & Company, 2004.

18

Читатель, возможно, спросит, не противоречит ли это первому утверждению. Однако Коперник не собирался создавать замкнутую систему аксиом, перед нами скорее черновой перечень гипотез.

19

И в самом деле, о том, что Коперника стимулировало и что ему мешало, написано очень много. Увлекательная, пусть и спекулятивная теория изложена в Dava Sobel. A More Perfect Heaven: How Copernicus Revolutionized The Cosmos. New York: Walker & Company, 2011.

20

См., например, Ingrid D. Rowland. Giordano Bruno: Philosopher/Heretic. New York: Farrar, Straus and Giroux, 2008.

21

О Браге написано много, и на то есть веские причины: он был весьма колоритным персонажем и располагал средствами, чтобы вести бурную, разгульную жизнь. Датский король Фредерик II снабдил его деньгами на основание обсерватории и отвел для этого островок Вен в проливе Эресунн поблизости от Копенгагена. Обсерватория получила название Ураниборг, а впоследствии для устойчивости к ней были пристроены и подземные помещения. Телескопов у Браге не было, однако Ураниборг была оснащена устройствами, которые позволяли при помощи зрения измерять точное положение небесных тел и угловые соотношения между ними.

22

Свои наблюдения – как мы теперь понимаем, это была сверхновая, – Браге описал в трактате «De Nova et Nullius Aevi Memoria Prius Visa Stella» («О новой, никогда прежде на протяжении веков не виданной звезде») (Copenhagen, 1573). Вместе с наблюдениями комет появление сверхновой позволило Браге оспорить аристотелево представление о неизменном мироздании.

23

Прекрасная книга о развитии западной астрономии и космологии – Arthur Koestler. The Sleepwalkers: A History of Man’s Changing Vision of the Universe. London: Hutchinson, 1959; repr. Arkana / Penguin, 1989. В ней Кеплер описан, в сущности, как научный герой своего времени. По некоторым источникам именно Браге подсказал Кеплеру, что следует заняться Марсом, поскольку это была сложная задача, которая позволяла отделаться от назойливого ассистента и к тому же не дала бы Кеплеру найти доводы в пользу системы Коперника. Однако Кеплер, судя по всему, знал, что делает. В его письме, написанном в 1605 году, мы читаем: «Признаюсь, что когда Тихо умер, я тут же воспользовался отсутствием наследников или недостаточным их вниманием и заполучил его наблюдения в свое распоряжение – а можно сказать, что и узурпировал их».

24

Как ясно из названия, подобные кривые – это буквально результат рассечения конуса плоскостью. В зависимости от их взаимного положения, коническое сечение можно описать параболой, гиперболой, эллипсом или окружностью.

25

Итальянский ученый применял две линзы для создания телескопов, которые позволяли увидеть неперевернутые изображения далеких объектов. Их оптические характеристики были далеки от совершенства, однако лучший телескоп Галилея позволял добиться тридцатикратного увеличения и улавливал больше света, чем невооруженный глаз. Галилей, как и Браге, наблюдал сверхновую (Кеплер тоже ее видел), а поскольку не увидел никакого параллакса, решил, что это звезда и что небеса не незыблемы. Наблюдения над тремя, а затем и над четырьмя спутниками Юпитера натолкнули Галилея на мысль, что это подтверждает точку зрения Коперника: не все небесные тела вращаются вокруг Земли.

26

Горячим сторонником этой идеи был Пьер-Симон Лаплас. В своем «Опыте философии теории вероятностей» (1814) он писал: «Нынешнее состояние Вселенной можно считать результатом ее прошлого и причиной ее будущего. Разум, который в определенный момент будет обладать всеми знаниями обо всех силах, которые приводят природу в движение, и о положении всех предметов, из которых природа состоит, – если к тому же этот разум будет достаточно мощен, чтобы подвергнуть все эти данные анализу, – сможет в одной-единственной формуле выразить движения как величайших тел во Вселенной, так и самого крошечного атома; ведь для подобного разума не останется никаких неопределенностей, и перед глазами у него будет не только прошлое, но и будущее».

27

Его представления о жизни во Вселенной изложены в труде «Cosmotheoros», опубликованном посмертно, в 1698 году.

28

Так называемая «небулярная гипотеза» формирования Солнечной системы из облака вращающегося по орбите и сгущающегося материала, пожалуй, была впервые выдвинута в 1734 году Эммануилом Сведенборгом (да-да, теологом), а затем проработана Иммануилом Кантом (да-да, философом) в 1755 году, и описана Лапласом в 1796 году. Ранние версии теории были крайне неубедительны, поскольку не могли объяснить, почему 99 процентов углового момента импульса системы приходится на планеты. И лишь в начале 1970 годов советский физик Виктор Сафронов предложил убедительное решение и этой проблемы, и некоторых других, и в результате модель снова была принята научным сообществом.

29

По современной номенклатуре Церера (950 км в диаметре) считается карликовой планетой, а Веста (ок. 560 км) – астероидом или малой планетой.

30

Его присутствие выдала ярко-желтая «линия» спектра солнечного света, которую впервые увидели в 1868 году. К 1895 году гелий был выделен из земных минералов.

31

Строго говоря, это был современный космологический принцип. Идеи, которые легли в его основу, восходят к Ньютону. В 1920-е годы и Александр Фридман, и – независимо – Жорж Леметр (первый, кто предположил, что Вселенная расширяется) решили уравнения общей теории относительности, чтобы определить динамику Вселенной, которая была одновременно и гомогенна, и изотропна. Позднее то же самое проделали Говард Робертсон и Артур Уокер, и в результате возникла так называемая метрика Фридмана – Леметра – Робертсона – Уокера – в сущности, матрица, описывающая отношения пространственно-временных координат во Вселенной.

32

Герман Бонди (1919–2005), английский физик австрийского происхождения, в 1948 году вместе с Томасом Голдом и Фредом Хойлом работал над теорией стационарной Вселенной и сделал целый ряд важных открытий в астрофизике и теории относительности. Принцип Коперника описан в его книге Hermann Bondi, Cosmology (Cambridge: Cambridge University Press, 1952). Я имел удовольствие слушать его лекцию в Кембридже, когда был студентом-магистрантом. Лекция была чудесная.

33

Отношение электрической и гравитационной сил между электроном и протоном равно примерно 2 ^´10³⁹, но возраст Вселенной составляет примерно 4,4 ^´10¹⁷ с, а атомная единица времени – 2,4 ^´10^–17 с, так что возраст Вселенной в этих единицах примерно равен 1,8 ^´10³⁴, что в 100000 раз меньше, чем отношение сил 2 ^´10³⁹. – Прим. науч. ред.

34

Поль Дирак (1902–1984). Английский физик, выдвинувший первую состоятельную теорию релятивистской квантовой механики (за что и получил Нобелевскую премию в 1933 году совместно с Эрвином Шредингером). В 1937 году предложил «гипотезу больших чисел», указав на разнообразные «совпадения» в отношениях размеров Вселенной к размерам элементарных частиц, а также в отношениях сил различных масштабов.

35

Вначале Вселенная была раскалена, но по мере расширения она остывает. За 20 минут она остывает настолько, что становится возможным нуклеосинтез, и производятся ядра – дейтерий, гелий и немного лития. Примерно за 380 000 лет после Большого Взрыва она остывает уже настолько, что формируются атомы, в которых электроны комбинируются с протонами и этими простыми ядрами. Это происходит потому, что космологические фотоны уже не обладают энергией, достаточной, чтобы высвобождать электроны. И в результате эти фотоны носятся туда и сюда, но не взаимодействуют с веществом. С течением времени расширяющаяся Вселенная растягивает длину волны первичных фотонов (то есть остужает их). Сейчас, 13,8 миллиардов лет спустя, они уже остыли до микроволновых температур и распространяются во всех направлениях, создавая море излучения – космический фон.

36

См., например, Brandon Carter. Large Number Coincidences and the Anthropic Principle in Cosmology. Confrontation of Cosmological Theories with Observational Data; Proceedings of the Symposium. Krakow, Poland, September 10–12, 1973, IAU Symposium No. 63, ed. M. S. Longair. Dordrecht, Netherlands, and Boston: D. Reidel Publishing Company, 1974, 291–98.

37

Я не имею в виду, что об антропном принципе написано много ерунды, таких работ лишь единицы. По сути дела, это прекрасный пример «смещения отбора», а отметать идеи без достаточных оснований глупо. Очень хороший обзор (в виде критики книги физика Виктора Стенгера) можно найти в статье Luke Barnes. The Fine-Tuning of the Universe for Intelligent Life. 2011. http://arxiv.org /abs/1112.4647.

38

Bernard Carr, Martin Rees. The Anthropic Principle and the Structure of the Physical World. Nature 278 (1979): 605–12.

39

Рекомендую очень славную книгу Martin Rees. Just Six Numbers: The Deep Forces That Shape The Universe. New York: Basic Books, 2000.

40

О том, какие физические законы способны породить конструкцию вроде множественной Вселенной, написано очень много. Среди возможных объяснений – космическая инфляция (экспоненциальное расширение Вселенной на очень ранних стадиях ее жизни, вызванное фазовым переходом), при которой возникает огромное множество «карманных Вселенных», по большей части изолированных друг от друга. Другой вариант – М-теория, обобщение теории струн, которая утверждает, что всякая Вселенная представляет собой многомерную «брану», или мембрану. Кроме того, большие перспективы открывает «многомировая» интерпретация квантовой механики, согласно которой параллельные Вселенные создаются при каждом субатомном событии. Популярный обзор можно найти в Brian Greene. The Hidden Reality: Parallel Universes and the Deep Laws of the Cosmos. New York: Alfred A. Knopf, 2011.

41

Уже после того, как я это написал, я понял, что подобные идеи уже обсуждались, например, о них говорил и писал физик Ли Смолин.

42

Примечательно, что это соображение неоднократно высказывал великий американский палеонтолог и эволюционный биолог Стивен Джей Гулд. Это интересная точка зрения. К тому же мне интересно, что бы мы подумали, если бы обнаружили в космосе места, идеально подходящие для жизни в том виде, в каком мы ее понимаем, и при этом бесплодные.

43

Хотя Хойл выдвинул эту идею еще в 1953 году, статья, где он предложил свои подсчеты выработки углерода в звездах, вышла в 1954 году (Fred Hoyle. On Nuclear Reactions Occurring in Very Hot Stars. I. The Synthesis of Elements from Carbon to Nickel. Astrophysical Journal Supplement 1 (1954): 121–46).

44

В последующие годы возникли некоторые разногласия по поводу того, действительно ли Хойл руководствовался антропным принципом или всего лишь пытался разобраться, как звезды могут вырабатывать углерод. См., например, Helge Kragh. An Anthropic Myth: Fred Hoyle’s Carbon-12 Resonance Level. «Archive for History of Exact Sciences» 64 (2010): 721–51. Кроме всего прочего, Хельге Краг пишет и о том, как физик Ли Смолин опроверг «углеродный» довод в пользу антропного принципа – примерно так же, как я критиковал антропный принцип, когда излагал альтернативную историю про Галилея.

45

На это указывали несколько ученых, в том числе физик Стивен Вайнберг. Кроме того, изучение разных энергетических уровней, через которые может вырабатываться углерод-12, показывает, что сдвиги величиной до 60 кэВ, возможно, почти не влияют на количество вырабатываемого углерода. См. статью Mario Livio et al. The Anthropic Significance of the Existence of an Excited State of C-12. Nature 340 (1989): 281–84.

46

Если говорить, что жизнь «избранная», это возвращает к идеям витализма, представлению о некоей «искре жизни», которая отличает живое от неживого. Научное сообщество раз и навсегда отказалось от подобных идей, однако они все равно нет-нет да и возникают.

47

Пустыня Атакама тянется почти на 1000 километров на юг от границы Чили и Перу до северно-восточной оконечности Анд. Некоторые ее участки считаются самыми сухими точками земного шара (даже в большей степени, чем некоторые регионы Антарктиды). И в самом деле, на высоте примерно в три километра здесь есть участок, где сухость и химический состав почвы сравнивают с марсианской поверхностью.

48

Ла-Серена – город с населением в несколько сотен тысяч человек (если считать ближайшие пригороды). Процветающий курорт благодаря морскому побережью и пляжам. Кроме того, здесь находится администрация крупнейших астрономических обсерваторий, расположенных в глубине континента и принадлежащих как американским, так и европейским исследователям.

49

Река Эльки берет начало в Андах и впадает в Тихий океан. Поскольку в этих краях очень сухо, чилийцы построили плотину Пукларо примерно в 60 километрах вглубь материка, чтобы создать запасы речной воды на случай засухи и сдерживать наводнения при штормах, которые пусть редко, но случаются. Долина – главный чилийский производитель писко, виноградного бренди.

50

Обсерватория входит в Национальную обсерваторию оптической астрономии под эгидой Национального научного фонда США. Основана она была в начале 1960-х годов, в ней постоянно работают и чилийские, и американские ученые.

51

Чувствительная электроника, в том числе цифровые камеры, которые, как правило, применяются для регистрации фотонов и конструирования изображения, лучше работают при охлаждении. А пальцы астрономов – наоборот.

52

Кормят в Серро-Тололо на славу, но еще прекраснее вид из столовой. Жаль, что нельзя каждый раз, садясь за стол, любоваться, как за окном пролетают андские кондоры.

53

Диаметр Солнца обычно приводится по фотосфере – внешней поверхности, испускающей видимый свет.

54

Эта область простирается от орбиты Нептуна (это примерно в 30 раз больше, чем расстояние от Солнца до Земли, то есть составляет 30 астрономических единиц – а. е.), и еще почти на столько же (примерно до 50 а. е.). В отличие от пояса астероидов, который пролегает ближе к Солнцу, почти все тела в поясе Койпера богаты замерзшими летучими соединениями вроде воды, метана и аммиака. Все, что находится в поясе Койпера и дальше, называют транснептуновыми объектами. Пояс получил название в честь американского астронома нидерландского происхождения Джерарда Койпера (1905–1973), однако уже со времени открытия Плутона в 1930 году многие астрономы выдвигали предположения о существовании этого региона и о том, какие тела в нем содержатся.

55

Энергия излучения на единицу площади убывает пропорционально квадрату расстояния от источника излучения – это простой геометрический эффект: свет распространяется, словно поверхность расширяющейся сферы.

56

Иногда его называют облаком Эпика-Оорта. Это внешняя область Солнечной системы названа в честь голландского астронома Яна Оорта (1900–1992), который, помимо всего прочего, еще в 1932 году обнаружил свидетельства существования на Млечном Пути невидимого компонента вещества – в наши дни его называют темным веществом. Оорт предположил, что долгопериодические кометы должны зарождаться в областях, сильно удаленных от Солнца, однако они все равно удерживаются гравитацией в пределах Солнечной системы, и именно эти области и назвали облаком Оорта. Из соображений динамики у облака Оорта должна быть внутренняя зона, больше похожая на диск, и внешняя, скорее напоминающая сферу.

57

Считается, что это название пустил в обращение в одном из своих рубайят Омар Хайям – персидский астроном, поэт и математик, живший в XII веке.

58

Это называется эффект Пойнтинга – Робертсона. Явление это достаточно сложное, неуловимое и противоречит интуиции, поскольку механизм зависит от выбранной точки отсчета. Приведу аналогию. Представьте себе, что вы стоите под вертикальным дождем. Если вы пойдете или побежите, дождь для вас перестанет быть вертикальным – он будет сильнее мочить вам грудь и живот, чем спину. Примерно так же воздействует солнечный свет на объект, который вращается вокруг Солнца, и этот эффект называется аберрацией: кажется, будто излучение движется скорее в направлении этого объекта, чем радиально мимо него. Свет несет импульс, и поэтому объект (крупинка зодиакальной пыли) немного теряет в импульсе, направленном вперед, по орбите; его перетаскивает на более низкую орбиту. Однако на самом деле все еще сложнее. Объект еще и абсорбирует излучение, нагревается и начинает сам испускать свет. То, как впитывается и рассеивается свет, играет важную роль для крошечных крупиц пыли и зависит от состава и размера пылинки. Если вы так любите науку, что не боитесь никаких трудностей, прочтите превосходную, однако сугубо научную статью, где изложены все подробности: J. A. Burns et al. Radiation Forces on Small Particles in the Solar System, Icarus 40 (1979): 1–48.

59

См., например, D. E. Brownlee, D. A. Tomandl, and E. Olszewski. Interplanetary Dust; A New Source of Extraterrestrial Material for Laboratory Studies. Proceedings of the Eighth Lunar Science Conference, Houston, Texas, March 14–18, 1977, Vol. 1. New York: Pergamon Press, 1977, 149–160.

60

См., например, D. Nesvorný et al. Dynamical Model for the Zodiacal Cloud and Sporadic Meteors. The Astrophysical Journal 743 (44): 129–44.

61

В этом участвовали и другие обсерватории, см., например, D. Jewitt et al. Hubble Space Telescope Observations of Main-Belt Comet (596) Scheila. The Astrophysical Journal Letters 733 (2011): L4–L8 и J. Kim et al. Multiband Optical Observation of the P/2010 A2 Dust Tail. The Astrophysical Journal Letters 746 (2012): L11–L15.

62

Когда энергия конвертируется в субатомные частицы, они производятся парами – одна частица вещества, другая – антивещества, – которые при встрече аннигилируют и превращаются в электромагнитную энергию. Однако мы, судя по всему, живем во Вселенной, где вещества гораздо больше, чем антивещества. Похоже, это результат легчайшей асимметрии вещества и антивещества в очень ранний момент, когда возраст Вселенной составлял всего миллионную долю секунды, и поэтому, когда Вселенная стала остывать, в ней оказалось неравное количество частиц и античастиц. На каждый миллиард античастиц приходилось миллиард + 1 частиц. Почему? Хороший вопрос. Этого мы еще не знаем, хотя эксперименты в области физики частиц на больших коллайдерах, судя по всему, уже позволяют приблизиться к ответу.

63

Это не так уж далеко от истины. Недавние исследования околозвездной пыли показывают, что отчасти она очень твердая и состоит из силикатов (например, из силиката магния), а от звезд ее отталкивает и раздувает во все стороны давление излучения.

64

Пример см. в статье J. J. Hester et al. The Cradle of the Solar System // Science 304 (2004): 1116–17.

65

Структура этих областей и правда сильно напоминает яйцо. В сущности, это диски плотного газа и пыли вокруг юных звезд и есть протопланетные диски, или их предшественники.

66

Изучение конгломератов из протопланетной и межпланетной пыли и частиц показывает, что они довольно непрочны – в чем-то похожи на комья пыли, которые мы иногда выгребаем из-под диванов.

67

Водяной лед при температуре выше 150–170 градусов выше абсолютного нуля очень быстро сублимируется (испаряется), поэтому граница вечных снегов появляется на таком расстоянии от центра системы, где объекты остывают ниже таких температур.

68

Об этом нам говорят наблюдения, позволяющие исследовать излучение протопланетного или околозвездного диска и проанализировать отдельные черты спектров этого излучения, которые свидетельствуют о присутствии известных нам атомов и молекул.

69

В числе стадий, которые проходит звезда от протозвездной системы до звезды, вырабатывающей водород (так называемой звезды, только что попавшей на главную последовательность (zero-age main sequence star, ZAMS), есть стадия звезды типа Тау Тельца (по названию звезды-архетипа). Эти объекты под воздействием гравитации медленно сжимаются и разогреваются, и склонны к спорадическим выбросам излучения, а в конце концов в них налаживается стабильный термоядерный синтез.

70

См., например, D. A. Clarke. Astronomy: A Truly Embryonic Star // Nature 492 (2012): 52–53.

71

Рассказывают (и это очень похоже на правду), что поскольку дело было именно в 1969 году, том самом, когда человечество сделало важнейший шаг – осуществило высадку на Луну, – эти события вызвали сильнейший научный и общественный интерес, а это, возможно, и поспособствовало тому, что после падения обоих метеоритов было быстро собрано много обломков.

72

См., например, Bouvier, M. Wadhwa. The Age of the Solar System Redefined by the Oldest Pb-Pb Age of a Meteoritic Inclusion // Nature Geoscience 3 (2010): 637–41.

73

Превосходная научно-популярная работа о том, что нам говорят изотопы в метеоритах, и о многом другом – Jacob Berkowitz. The Stardust Revolution: The New Story of Our Origin in the Stars. New York: Prometheus Books, 2012).

74

Подробный рассказ об этом событии и о том, как оно повлияло на новорожденную Солнечную систему, см. в статье N. Dauphas and M. Chaussidon. A Perspective from Extinct Radionuclides on a Young Stellar Object: The Sun and Its Accretion Disk // Annual Review of Earth and Planetary Sciences 39 (2011): 351–86. См. также Y. Lin et al. Short-Lived Chlorine – 36 in a Ca – and Al-Rich Inclusion from the Ningqiang Carbonaceous Chondrite // Proceedings of the National Academies of Sciences of the United States [PNAS] 102 (2005): 1306–11.

75

Отличный (сугубо научный) обзор обстоятельств рождения Солнца – статья F. Adams. The Birth Environment of the Solar System // Annual Review of Astronomy and Astrophysics 48 (2010): 47–85.

76

Мы еще не пришли к окончательному выводу, действительно ли это место рождения Солнца. В этой системе и правда есть очень близкие «аналоги» Солнца (звезды похожего строения и состава), однако (см. ниже) движение и орбиты тамошних объектов, возможно, говорят об обратном.

77

См., например, B. Pichardo et al. The Sun Was Not Born in M67 // The Astronomical Journal 143 (2012): 73–83.

78

Да, под сильным давлением водород ведет себя как металл. В недрах Юпитера находится примерно пятьдесят масс Земли в виде металлического водорода.

79

Я пишу именно «похож на земной», а не «землеподобный», поскольку, как вы вскоре убедитесь, недолюбливаю последний термин, хотя он довольно распространенный, и даже удобный. Но в данном случае упор как раз на «похож», поскольку, хотя на поверхности планеты вроде Марса, возможно, иногда бывает вода в жидком состоянии, однако климат на Марсе, скорее всего, всегда был больше схож с мерзкой ледяной пустыней, чем с чем-то тропическим.

80

По-научному это называется диссипация атмосферы планет или планетный ветер, когда скорость атома или молекулы равна скорости, позволяющей преодолеть гравитационную тягу планеты на такой высоте. Есть и другие механизмы потери атмосферы, в том числе солнечный ветер, высокоэнергичные частицы которого буквально вышибают молекулы и атомы атмосферы в космос.

81

Одна из теорий «Земли-снежка» основывается на исследованиях скальных пород возрастом примерно 650 миллионов лет.

82

Какие именно, вопрос спорный. В целом ученые согласны, что умирающая звезда поглотит Меркурий и Венеру, однако сохранится ли Земля, неясно. Я решил быть оптимистом. Менее оптимистичный взгляд представлен в статье is K. Rybicki, C. Denis. On The Final Destiny of the Earth and the Solar System // Icarus 151 (2001): 130–37.

83

Естественно, вы можете прочитать их сами. Прекрасный путеводитель по сказкам – Robert Irwin’s The Arabian Nights: A Companion. New York: Viking Adult, 1994; rev. ed., London: Tauris Parke Paperbacks, 2004.

84

Примечательно, что и «Нарния» (в особенности «Лев, колдунья и платяной шкаф»), и «Звездные войны» – яркие примеры сюжета о чудесных спасителях. Цикл Клайва Льюиса, безусловно, христианская аллегория, а сага Джорджа Лукаса – более космополитический вариант, причудливая смесь волшебных сказок с притчами духовных наставников. И там, и там действие происходит «в другом месте», где земные законы практически неприменимы.

85

О поисках экзопланет написано много прекрасных книг. Перечислю некоторые из них: Alan Boss. The Crowded Universe: The Search for Living Planets. New York: Basic Books, 2009; Ray Jayawardhana. Strange New Worlds: The Search for Alien Planets and Life beyond Our Solar System. Princeton: Princeton University Press, 2011; Lee Billings. Five Billion Years of Solitude. New York: Current/Penguin, 2013.

86

Это явление названо в честь австрийского физика XIX века Кристиана Допплера и сводится к изменению частоты волны при относительном движении. Наглядный пример, который всегда приводят, – то, как повышается звук сирены на полицейской машине или карете «скорой помощи», когда машина едет в вашу сторону и, в сущности, сжимает звуковые волны, и как он понижается, когда машина удаляется и волны растягиваются. «Красное смещение» звезд и галактик, которые удаляются от нас, – это то же самое, только применительно к электромагнитному излучению или свету, однако поскольку свет и сам движется со скоростью, гм, света, это требует некоторых корректировок, при которых искажается еще и время, и существуют соответствующие уравнения релятивистского эффекта Допплера.

87

Это так называемый транзитный метод: планеты проходят перед своими звездами и чуть-чуть блокируют свет. Транзитный метод – это основной способ обнаружения других планет, он применяется на космических телескопах «Кеплер» и COROT. Тщательный анализ отклонений в ритме проходов может выявить также и присутствие в системе других планет, которые не заслоняют звезду, однако оказывают гравитационное воздействие на те, которые мы наблюдаем.

88

Присутствие планет может приводить к странным, чудесным и очень сложным отклонениям в том, как виден свет от звезды, находящейся на заднем плане. Однако темп, в котором с нашей точки зрения звезды с планетами выстраиваются в линию с более далекими звездами (у которых, возможно, тоже есть планеты), чтобы получалась линза, очень низок. Поэтому исследования при помощи гравитационных линз требуют терпения и тщательного отслеживания великого множества звезд. Но все равно этот способ позволяет обнаруживать планеты с огромной чувствительностью и на самых разных орбитальных расстояниях от звезд и помогает собрать статистику по численности планет.

89

Среди имен, которые иногда забывают (хотя многие из этих исследователей обрели заслуженную славу, особенно Мишель Майор, Дидье Келос, Джефф Марси и Р. Пол Батлер), – канадцы Гордон Уокер и Брюс Кэмпбелл, которые стали первопроходцами в области современной методики поиска планет на основании эффекта Допплера.

90

Это правило определяет расстояние между орбитами планет и названо в честь немецких астрономов Иоганна Тициуса (1729–1796) и Иоганна Боде (1747–1826); последнему мы обязаны продвижением этой гипотезы. На Нептун это «правило» не распространяется: разница между расчетной и реальной величиной большой полуоси его орбиты составляет 30 %. Тем не менее правило Тициуса-Боде иногда применяется для некоторых экзопланетных систем как удобное «правило буравчика», поскольку планеты имеют склонность располагаться по орбитам регулярно, по логарифму радиуса (расстояния до звезды); это объясняется общей природой формирования планет. Однако я не убежден, что нам следует придерживаться этого правила и дальше, поскольку полным физическим пониманием этих процессов мы пока не обладаем.

91

Здесь проводятся исследования под эгидой Национального центра Астрономии и Ионосферы США (NAIC). Обсерватория построена в начале 1960-х годов и полностью введена в строй в 1963 году. Она сыграла важную роль во многих крупных научных открытиях, в том числе в открытии миллисекундных и двойных пульсаров, а также в построении радарного изображения поверхности Венеры.

92

Об этом открытии рассказано в статье A. Wolszczan, D. Frail. A Planetary System around the Millisecond Pulsar PSR1257+12 // Nature 355 (1992): 145–47.

93

Хотя были заявления и об обнаружении четвертого тела, эти результаты, похоже, под сомнением; см., например, A. Wolszczan. Discovery of Pulsar Planets // New Astronomy Reviews 56 (2012): 2–8.

94

Звезда называется 51 Pegasi, и о ней вышло две главные публикации – первое объявление: M. Mayor, D. Queloz. A Jupiter-Mass Companion to a Solar-Type Star // Nature 378 (1995): 355–59, а затем – подтверждение – M. Mayor, D. Queloz, G. Marcy, P. Butler et al. 51 Pegasi // International Astronomical Union Circular 6251 (1995): 1.

95

Их статья о миграции орбит – P. Goldreich, S. Tremaine. Disk– Satellite Interactions // The Astrophysical Journal 241 (1980): 425–41.

96

Прекрасный Интернет-ресурс, позволяющий изучить экзопланеты во всем их поразительном разнообразии, – постоянно обновляемый онлайн-каталог по адресу http://exoplanet.eu/catalog/, который создал Джин Шнейдер из Парижской обсерватории.

97

См., например, I. A. G. Snellen et al. The Orbital Motion, Absolute Mass and High-Altitude Winds of Exoplanet HD209458b // Nature 465 (2010): 1049–51.

98

Разобраться в устройстве планетных атмосфер очень сложно. О том, что происходит на «горячем юпитере», можно прочитать в статье A. Burrows, J. Budaj, I. Hubeny. Theoretical Spectra and Light Curves of Close-in Extrasolar Giant Planets and Comparison with Data // The Astrophysical Journal 678 (2008): 1436–57.

99

Странное возвратное движение впервые зарегистрировано в системе WASP-17b, что описано в статье D. Anderson et al. WASP-17b: An Ultra-Low Density Planet in a Probable Retrograde Orbit // The Astrophysical Journal 709 (2010): 159–67.

100

См. D. M. Kipping, D. S. Spiegel. Detection of Visible Light from the Darkest World // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 417 (2011): L88–L92.

101

Например, газовый гигант, который вращается вокруг звезды HD 8606 (190 световых лет от Земли), имеет орбитальный период в 111 земных дней, а эллиптичность орбиты составляет 0,93. Это значит, что ближе всего он подходит к звезде на 0,03 а. е., а самое далекое расстояние – 0,88 а. е., в 30 раз больше. В районе ближайшей к звезде точки температура в атмосфере, по мнению ученых, всего за шесть часов возрастает вдвое.

102

См., например, S. Rappaport et al. Possible Disintegrating Short-Period Super-Mercury Orbiting KIC 12557548 // The Astrophysical Journal 752 (2012): 1.

103

Признаюсь честно: мы еще пока не уверены, что обнаружили в точности такие системы, поскольку интерпретировать данные очень трудно. Тем не менее гипотеза о подобном наборе планет основана на реальных данных, приведенных в статье M. Tuomi. «Evidence for Nine Planets in the HD 10180 System // Astronomy and Astrophysics 543 (2012), no. A52:1–12.

104

См., например, обзор N. Haghighipour. The Formation and Dynamics of Super-Earth Planets // Annual Review of Earth and Planetary Sciences 41 (2013): 469–95.

105

См., например, X. Boni ls et al. The HARPS Search for Southern Extra-Solar Planets. XXXI. The M-dwarf Sample // Astronomy and Astrophysics 549, no. A109 (2013): 1–75.

106

О том, какая у этого утверждения теоретическая основа, хорошо рассказано в статье G. Laughlin, P. Bodenheimer, F. C. Adams. The End of the Main Sequence // The Astrophysical Journal 482 (1997): 420–32.

107

В основном эти свидетельства дают нам исследования гравитационных линз. См. T. Sumi et al. and A. Udalski et al. Unbound or Distant Planetary Mass Population Detected by Gravitational Microlensing // Nature 473 (2011): 349–52. (Авторы – участники проектов Microlensing Observations in Astrophysics [MOA] и Optical Gravitational Lensing Experiment [OGLE] collaborations).

108

И даже звездные системы с большей кратностью. Многие известные экзопланеты вращаются вокруг звезды, у которой есть одна или несколько звезд-компаньонок на более далеких орбитах. Например, в системе GJ667 три звезды (А, В, С), и доказано, что вокруг звезды С вращаются экзопланеты. Надежнее всего подтверждено, что существует планета, вращающаяся сразу вокруг двух звезд, в случае Kepler-16, которую иногда называют «системой Татуин» в честь вымышленной планеты из «Звездных войн».

109

См. A. Léger et al. A New Family of Planets? «Ocean-Planets» // Icarus 169 (2004): 499–504.

110

Я участвовал в проектах, в результате которых в 2008–2010 годах появилась серия статей о вариантах климата на планетах. Первая из них – D. S. Spiegel, K. Menou, and C. A. Scharf. Habitable Climates // The Astrophysical Journal 681 (2008): 1609–23.

111

Я опубликовал научно-популярную заметку об этой идее в сетевой версии журнала «Scientific American» за 26 декабря 2012 года: «Should We Expect Other Earth-Like Planets At All?» // http://blogs.scientificamerican.com/life-unbounded/2012/12/26/should-we-expect-other-earth-like-planets-at-all/

112

О том, какие экстраполяции позволяют сделать подобные заявления об общем количестве планет на Млечном пути, доступно рассказано в двух статьях: C. D. Dressing, D. Charbonneau. The Occurrence Rate of Small Planets around Small Stars // The Astrophysical Journal 767 (2013): 95–114, и E. A. Petigura, G. W. Marcy and A. W. Howard. A Plateau in the Planet Population below Twice the Size of Earth // The Astrophysical Journal 770 (2013): 69–89.

113

Об этом я подробнее писал в Интернет-журнале Aeon Magazine от 20 июня 2013 года: C. Scharf, «Are We Alone? // http://aeon.co/magazine/nature-and-cosmos/the-real-meaning-of-the-exoplanet-revolution/.

114

Анри Пуанкаре (1854–1912) был не просто математик, он добивался блестящих результатов практически во всем, за что брался, в том числе в физике и в инженерном деле. Большинство источников отмечают, что он был склонен работать быстро и не очень любил вносить изменения и исправления в уже сделанное.

115

Этот журнал процветает до сих пор, его издает Институт Миттаг-Леффлер (названный в честь супругов Густава и Сигне Миттаг-Леффлер) при Шведской королевской академии наук.

116

Эта знаменитая задача математической физики упоминается в исследовательской литературе сплошь и рядом. Существует множество точных (и очень затейливых) решений для сугубо частных случаев, см., например, Cristopher Moore. Braids in Classical Dynamics // Physical Review Letters 70 (1993): 3675–79, а также чудесные анимационные ролики на сайте http://tuvalu.santafe.edu/~moore/gallery.html.

117

Об истории и хронологии трудов Пуанкаре написана прекрасная лаконичная статья с богатейшим списком источников: Q. Wang. On the Homoclinic Tangles of Henri Poincaré // http://math.arizona.edu/~dwang/history/Kings-problem.pdf.

118

Призовой фонд составлял 2500 крон, а на то, чтобы перепечатать тираж «Acta Mathematica», нужно было 3500 крон. Для сравнения, среднее жалованье члена Шведской академии наук составляло примерно 7000 крон в год.

119

Отличная статья о новейшей истории гравитационной задачи n тел – F. Diacu. The Solution of the n-body Problem // The Mathematical Intelligencer 18 (1995): 6670

120

Если вас интересует богатая и многогранная тема хаоса и нелинейности, рекомендую великолепную книгу: James Gleick. Chaos: Making a New Science. New York: Viking Penguin, 1987; rev. ed., Penguin Books, 2008).

121

См. J. Laskar. A Numerical Experiment on the Chaotic Behaviour of the Solar System // Nature 338 (1989): 237–38.

122

См. G. J. Sussman, J. Wisdom. Chaotic Evolution of the Solar System // Science 257 (1992): 56–62.

123

Это качество характеризуется экспонентой Ляпунова, математической величиной, которая отражает скорость, с которой расходятся друг от друга отличающиеся друг от друга на бесконечно малую величину траектории, например, орбиты, в динамической системе, иначе говоря, с какой скоростью система становится непредсказуемой. Она названа в честь русского ученого Александра Ляпунова (1857–1918).

124

В последнее время ученые исследуют то, как общая теория относительности Эйнштейна влияет на динамику Солнечной системы, что позволяет уточнить простые ньютоновы законы. См., например, G. Laughlin. Planetary Science: The Solar System’s Extended Shelf Life // Nature 459 (2009): 781–82, а также J. Laskar, M. Gastineau. Existence of Collisional Trajectories of Mercury, Mars and Venus with the Earth // Nature 459 (2009): 817–19.

125

См. K. Batygin, G. Laughlin. On The Dynamical Stability of the Solar System // The Astrophysical Journal 683 (2008): 1207–16.

126

См., например, G. E. Williams. Geological Constraints on the Precambrian History of Earth’s Rotation and the Moon’s Orbit // Reviews of Geophysics 38 (2000): 37–59.

127

Таких симуляторов очень много, и у каждого свой подход, а иногда и собственная узкая сфера применения, будь то планеты или галактики. В частности, это программы «Mercury», «SWIFT» и «Hermit».

128

Даже лексикон орбитальной динамики – и тот отличается от привычного жаргона физиков. Ученые говорят о резонансах, прецессиях, либрациях, оскулирующих элементах, апсидальном выстраивании, аргументах перицентра, гармониках, секулярных возмущениях – и никогда-никогда не обходится без упоминания о хаосе. Многие подобные выражения восходят еще к XVII–XVIII векам, ко временам Ньютона, Лапласа, Лагранжа и прочих выдающихся математиков. Это тяжелая артиллерия мощных математических понятий, а их применение к новым открытиям в науке об экзопланетах приносит нам все новые сюрпризы.

129

Эта тема затронута во множестве научных статей. См., например, F. C. Adams, G. Laughlin. Migration and Dynamical Relaxation in Crowded Systems of Giant Planets // Icarus 163 (2003): 290–306; M. Juric, S. Tremaine. Dynamical Origin of Extrasolar Planet Eccentricity Distribution // The Astrophysical Journal 686 (2008): 603–620.

130

Эта теория известна как «Модель Ниццы» в честь Обсерватории Лазурного Берега во французском городе Ницца, где ее разработали. См., например, K. Tsiganis et al. Origin of the Orbital Architecture of the Giant Planets of the Solar System // Nature 435 (2005): 459–61.

131

Его статья с описанием пятой гигантской планеты – D. Nesvorný. Young Solar System’s Fifth Giant Planet? // The Astrophysical Journal Letters 742 (2011): L22—L27.

132

См., например, A. Cassan et al. One or More Bound Planets per Milky Way Star from Microlensing Observations // Nature 481 (2012): 167–69.

133

На эту тему издано колоссальное количество книг и статей, выдвинуто множество интереснейших гипотез и не достигнуто практически никакого согласия по поводу того, на каких именно критериях основываться при решении, способна ли та или иная планета поддерживать жизнь. При всем при том начать изучать эту тему стоит с глубокой книги James Kasting. How to Find a Habitable Planet. Princeton: Princeton University Press, 2010.

134

Эта проблема получила название «проблемы тусклого молодого Солнца», и она до сих пор не решена, несмотря на то, что статьи с претензией на ответ поступают бесперебойно. Обзор можно прочитать у G. Feulner. The Faint Young Sun Problem // Reviews of Geophysics 50 (2012): RG2006. Лично я подозреваю, что решить ее помогут усовершенствованные (трехмерные) модели, которые позволят точнее описать климат на планетах. И лично у меня есть любимая теория, ничем не подкрепленная: возможно, орбита Земли была не совсем такой, как мы думаем.

135

Так называемая модель ударного формирования Луны предполагает, что часть орбитального диапазона юной Земли занимало небесное тело размером примерно с Марс, протопланета под названием Тейя («богиня»): возможно, она описывала «подкову» вокруг одной из стабильных точек (точек Лагранжа), опережая Землю на ее орбите или отставая от нее. А впоследствии их орбитальные пути пересеклись, и это привело к столкновению Тейи с Землей. Хотя на данный момент это главенствующая теория, есть некоторые признаки того, что это, вероятно, не полная картина произошедшего. См., например, краткий обзор D. Clery. Impact Theory Gets Whacked // Science 342 (2013): 183–85

136

Об их исследовании см. H. F. Levison et al. Capture of the Sun’s Oort Cloud from Stars in Its Birth Cluster // Science 329 (2010): 187–90.

137

Археи, подобно бактериям, прокариоты, одноклеточные организмы, в клетках которых нет ядер и других органелл. В 1977 году некоторые виды архей были впервые классифицированы как особый тип прокариотов и выделены в собственное царство, отдельное от бактерий; это сделали Карл Вёзе и Джордж Фокс на основе генетических анализов. Об этом рассказано в статье C. R. Woese, G. E. Fox. Phylogenetic Structure of the Prokaryotic Domain: The Primary Kingdoms // PNAS 74 (1977): 5088–90.

138

Не приходится удивляться, что эти оценки варьируются. Приведенная величина основана на авторитетной статье William B. (Brad) Whitman. Prokaryotes: The Unseen Majority // PNAS 95 (1998): 6578–83. Автор исходит из большого количества обоснованных экстраполяций данных, полученных путем исследования различных популяций и сред.

139

Я имею в виду статью P. Falkowski, T. Fenchel, E. Delong. The Microbial Engines That Drive Earth’s Biogeochemical Cycles // Science 320 (2008): 1034–39.

140

Молекулярные машины зачастую состоят из белков, содержащих две и более одинаковые или разные полипептидные цепочки. Вообще говоря, полипептид – это цепочка аминокислот, которые скреплены ковалентными связями в результате обмена электронами между атомами. Ух, какая сложная наука химия…

141

Хороший обзор энергетического бюджета живых организмов на примере сгорания «топлива» см. в статье K. H. Nealson and P. G. Conrad. Life: Past, Present, and Future // Philosophical Transactions of the Royal Society B // Biological Sciences 354 (1999). 1923–39.

142

Кажется, будто процесс выработки метана микробами довольно прост, однако на самом деле, как и большинство метаболических процессов, он задействует безумное количество ферментов и реакций, причем не всегда одинаковых. В сущности, к получению метана приводит три основных метаболических маршрута: восстановление углекислого газа (о нем здесь и идет речь), ферментация соли уксусной кислоты и дисмутация (одновременное окисление и восстановление, в результате которых получаются два вещества) метанола или метиламинов. Каждый из них предполагает множество этапов-реакций.

143

Примеров тому множество. Не так давно было открыто одно особенно удивительное сочетание химических реакций окисления-восстановления, которые идут в разных слоях осадков на морском дне, – расстояние между ними составляет целых 12 миллиметров, для бактерий это очень много. Вероятно, механизм, связывающий эти физические слои, – электрический: возможно, именно бактерии контролируют поток заряженных частиц по планете. L. P. Nielsen et al. Electric Currents Couple Spatially Separated Biogeochemical Processes in Marine Sediment // Nature 463 (2010): 1071–74.

144

Разновидности сине-зеленых водорослей использовали солнечный свет для получения пищи еще более чем 3 миллиарда лет назад. Эти организмы, вырабатывающие кислород, и по сей день встречаются на Земле повсеместно.

145

См., например, N. Lane, W. F. Martin. The Origin of Membrane Bioenergetics // Cell 151 (2012): 1406–16.

146

Бактерии, например, могут обмениваться небольшими поднаборами генетического материала в виде плазмид. Эти плазмиды часто существуют в клетке в виде небольших колец ДНК (независимых от хромосомной ДНК) и содержат генетические коды размером от тысячи до миллиона базовых пар (знаков). Зачем природа придумала такое? Одно из преимуществ микробов состоит в способности делиться ДНК, в которой закодировано сопротивление неблагоприятным факторам вроде антибиотиков. В сущности, распределение плазмид увеличивает шансы на выживание целой популяции, а не только отдельной особи, которой повезло обрести нужную мутацию.

147

Эта идея пока не вполне доказана. Изучение скальных пород показывает, что примерно 650–750 лет назад, возможно, был период глобального похолодания, и тогда, вероятно, было так холодно, что даже на самых низких широтах все было покрыто льдом. То, в какой степени Земля замерзла, почему это произошло и как климат снова потеплел, до сих пор вызывает споры. Доводы в пользу гипотезы «снежка» см., например, в статье P. F. Hoffman et al. A Neoproterozoic Snowball Earth // Science 281 (1998):1342–46. Планеты, на поверхности которых есть вода, и в самом деле подвержены процессу положительной обратной связи, когда лед отражает больше солнечной энергии, чем жидкая вода, и поэтому температура на поверхности падает еще сильнее. Вероятно, состояния «снежка» среди экзопланет не редкость.

148

См., например, обсуждении в статье B. J. McCall and T. Oka. H₃⁺ – an Ion with Many Talents // Science 287 (2000): 1941–42.

149

См. D. F. Strobel. Molecular Hydrogen in Titan’s Atmosphere: Implications of the Measured Tropospheric and Thermospheric Mole Fractions // Icarus 208 (2010): 878–86

150

И в самом деле, есть несколько работ о структуре более абстрактных метаболических систем и об углеродной химии, в которых предполагается, что метаболизм, основанный на углероде, был «почти достоверным» событием, своего рода аттрактором в пространстве вероятностей. См. R. Braakman and E. Smith. The Compositional and Evolutionary Logic of Metabolism // Physical Biology 10 (2012): 011001.

151

Измерение нисходящего потока молекулярного водорода в атмосфере Титана привело к пересмотру и возобновлению дискуссии о жизни на этом небесном теле. См. уже упоминавшуюся ранее статью D. F. Strobel. Molecular Hydrogen in Titan’s Atmosphere: Implications of the Measured Tropospheric and Thermospheric Mole Fractions // Icarus 208 (2010): 878–86 (и список литературы в этой статье).

152

Это делается при помощи инструментов «метагеномики», когда изучаются образцы, полученные из естественной среды, и изучается генетическое разнообразие определенных важнейших генов, которыми так или иначе пользуются все живые организмы. Например, рибосомальная последовательность РНК 16S состоит из 1542 нуклеиновых кислот – «букв», и эта последовательность, как говорят биологи, высоко консервативна, то есть случайные мутации в ней вызывают осложнения и быстро уничтожаются путем естественного отбора, а значит, любая версия, как правило, соответствует своему биологическому виду. Если изучить разнообразие вариантов этой последовательности в образце, можно получить оценку количества разных видов бактерий и архей в нем.

153

См., например, обзор J. M. Beck, V. B. Young, and G. B. Huffnagle. The Microbiome of the Lung // Translational Research 160 (2012): 258–66.

154

Об этой поразительной области исследований написано много превосходных работ. Отличная научно-популярная статья – J. Ackerman. The Ultimate Social Network // Scientific American 306 (2012): 36–43. Хотя по поводу микрофауны человека постоянно появляются новые работы, исследование микробов желудочно-кишечного тракта в 2010 году производилось в рамках проекта «MetaHIT» («Metagenomics of the Human Intestinal Tract»). Отчет о нем см. в статье J. Qin et al. A Human Gut Microbial Gene Catalogue Established by Metagenomic Sequencing // Nature 464 (2010): 59–65.

155

Энтеротипы выявлены на основе алализа метагеномных данных, полученных при изучении (какая прелесть) человеческих каловых масс. Это исследование описано в статье M. Arumugam et al. Enterotypes of the human gut microbiome // Nature 473 (2011): 174–80.

156

Подобные исследования начались только совсем недавно, однако, похоже, действительно есть какая-то связь – иногда ее называют «осью „микрофлора-кишечник-мозг“». Хороший обзор см. в статье V. O. Ezenwa et al. Animal Behavior and the Microbiome // Science 338 (2012): 198–99.

157

И в самом деле, некоторых ученых это навело на использование термина «хологеном» – сумма генов человека (и любого многоклеточного организма) и его микрофлоры; с этой точки зрения они исследуют эволюцию и естественный отбор. Некоторые исследования, похоже, отчасти подтверждают подобные идеи; см., например, R. M. Brucker, S. R. Bordenstein. The Hologenomic Basis of Speciation: Gut Bacteria Cause Hybrid Lethality in the Genus Nasonia // Science 341 (2013): 667–69.

158

Пожалуй, главным трудом по этому вопросу по сей день остается книга B. Hölldobler and E. O. Wilson. The Ants. Cambridge, MA: Belknap Press of Harvard University Press, 1990.

159

Первое научное описание того, как осьминоги собирают и запасают «орудия», чтобы применять их впоследствии, приводится в статье J. K. Finn, T. Tregenza, and M. D. Norman. Defensive Tool Use in a Coconut– Carrying Octopus // Current Biology 19 (2009): R1069–70. Ученые отмечали, как так называемые кокосовые осьминоги собирают, складывают и перетаскивают с места на место (очень неуклюже, при помощи особого приема наподобие хождения на ходулях) кокосовую скорлупу, похоже, для того, чтобы затем строить из них жилища. Финн пишет, что зрелище было весьма комичное: «В жизни не приходилось так смеяться под водой». Статью можно найти в Интернете: www.eurekalert.org/pub_releases/2009–12/cp-tui120909.php.

160

Точные даты, само собой, не известны. Временные рамки заданы по данным морской изотопной стадии 6 (MIS6) и изучения генетического разнообразия людей. Численность популяции людей резко падала и в другие периоды, например, около 70 000 лет назад и даже гораздо раньше – 1,2 миллиона лет назад. Однако, мне кажется, лучше уточнить, что с тем, что такие падения популяции вообще бывали, согласны не все. Хороший обзор можно найти в статье G. Hewitt. The Genetic Legacy of the Quaternary Ice Ages // Nature 405 (2000): 907–13.

161

С таким толкованием, как обычно в случаях подобных заявлений, согласны не все. Судите сами. Для справки ознакомьтесь со статьей C. W. Marean et al. Early Human Use of Marine Resources and Pigment in South Africa During the Middle Pleistocene // Nature 449 (2007): 905–908.

162

Дата, конечно, приблизительная. Судя по всему, согласия по поводу того, что и как погубило неандертальцев, пока нет, особенно много вопросов к тому, где именно это произошло.

163

См. R. E. Green et al. A Draft Sequence of the Neanderthal Genome // Science 328 (2010): 710–22.

164

Отличный научно-популярный рассказ об этом см. в статье K. S. Pollard. What Makes Us Different? // Scientific American 22 (2012): 30–49. Я во многом опирался именно на нее.

165

Думаю, до определенной степени так и было – кроме того, многие ученые указывали, что если интеллект в человеческом стиле так хорош, почему он возник на Земле всего один раз за 4 миллиарда лет? Правда, я не знаю, насколько верен этот довод. Например, цветковые растения с точки зрения эволюции невероятно удачны, однако и они возникли всего один раз, примерно 130 миллионов лет назад, и то же самое вполне можно сказать о популяциях организмов вроде насекомых. Как всегда, за успех и неуспех той или иной биологической стратегии отвечает сразу много разнообразных факторов.

166

В первую очередь мне вспоминается невероятная пещера Шове в департаменте Ардеш на юге Франции, где сохранились потрясающие изображения сотен животных, созданные 30–32 тысячи лет назад. Настоятельно советую посмотреть чудесный фильм Вернера Херцога «Пещера забытых снов» (2010 год).

167

Идея цикличности космоса главенствует, в частности, в индуистской философии и в буддизме.

168

Сейчас, когда я пишу эти строки, у нас нет абсолютно никаких данных о жизни где бы то ни было, кроме Земли. Разумеется, отсутствие данных само по себе интересно и, само собой, легло в основу разнообразных теорий о природе такой жизни во Вселенной, которая способна организовывать космические путешествия, и о том, почему она до сих пор не дала о себе знать (так и есть, как бы ни хотелось воображать себе обратное). Об этой загадке я поговорю в последней главе.

169

Вильям Гершель (1738–1822) – английский ученый, родившийся в Германии, был великолепным астрономом, инженером-оптиком и даже композитором. Заявления о жизни на Луне и Солнце отчасти почерпнуты мной из книги Iwan Rhys. When Physics Became King. Chicago: The University of Chicago Press, 2005). Полезно почитать и труды самого Гершеля, например, W. Herschel. On the Nature and Construction of the Sun and Fixed Stars // Philosophical Transactions of the Royal Society of London 85 (1795): 46–72, а также о некоторых его соображениях по поводу Луны – W. Herschel. Astronomical Observations Relating to the Mountains of the Moon // Philosophical Transactions 70 (1780): 507–26.

170

О представлениях Дика и Гершеля о множественности миров прекрасно рассказано в книге Michael J. Crowe. The Extraterrestrial Life Debate // 1750–1900: The Idea of a Plurality of Worlds from Kant to Lowell (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1986).

171

Подсчет общего числа звезд во Вселенной не относится к точным наукам. Приводимое здесь число – достаточно скромная оценка, всего лишь 10²¹; в некоторых исследованиях предполагается, что их может быть и в 300 раз больше. Это результат экстраполяции данных исследований вроде P. G. van Dokkum and C. Conroy. A Substantial Population of Low-Mass Stars in Luminous Elliptical Galaxies // Nature 468 (2010): 940–42.

172

О Байесе написано очень много, особенно после того, как в последние несколько десятилетий байесовские статистические методы стали применяться гораздо шире. В числе источников, которыми я пользовался, – эссе D. R. Bellhouse. The Reverend Thomas Bayes, FRS: A Biography to Celebrate the Tercentenary of his Birth // Statistical Science 19 (2009): 3–43. Более доступно биография Байеса изложена в книге Sharon Bertsch McGrayne. The Theory That Would Not Die: How Bayes’ Rule Cracked the Enigma Code, Hunted Down Russian Submarines, and Emerged Triumphant from Two Centuries of Controversy. New Haven: Yale University Press, 2011).

173

Заслуги Прайса обычно сильно недооценивают: без него идеи Байеса не были бы приведены в пригодный для публикации вид и философски осмыслены.

174

Теорема Байеса. В упрощенном виде она выглядит так:

Вероятность А при условии В есть произведение вероятности В при условии А и вероятности А, деленное на вероятность В, где А (например) может быть гипотезой или моделью, а В – данными.

175

Прайс привел в пример новорожденного ребенка, который наблюдает восходы и закаты Солнца. Мне больше по душе цыплята.

176

Что именно вдохновило Льюиса Кэролла на создание этих культовых животных (или по крайней мере одного), осталось неизвестным. Гипотез множество – от геральдических львов и церковных горгулий до сказок о всем довольных, напившихся молока котах из английского графства Чешир.

177

Спорщики раскалывались на два лагеря – так называемых фреквентистов и байесианцев. Фреквентист толкует происходящее на основе результата измерений и, как правило, предполагает, что существуют постоянные фундаментальные параметры, которым нельзя приписывать вероятность. Например, если эксперимент приводит к определенному результату в 95 случаях из 100, фреквентист скажет, что к тому же результату приведут и 95 % дальнейших экспериментов, и не добавит, что это произойдет с той или иной вероятностью.

178

D. Spiegel, E. Turner. Bayesian Analysis of the Astrobiological Implications of Life’s Early Emergence on Earth // PNAS 109 (2012): 395–400.

179

Большинство ученых согласны, что самые ранние свидетельства о жизни на Земле – это строматолиты, слоистые каменные отложения, созданные колониями микробов. Подобные структуры и сейчас формируются в нескольких местах с особыми условиями, например, в заливе Шарк в Австралии и на коралловых рифах Эксума на Багамских островах. Возраст самого древнего строматолита, скорее всего, имеющего биологическое происхождение, около 3,45 миллиарда лет. Некоторые ученые утверждают, что найденные в Австралии сетевидные отпечатки колоний микробов могут насчитывать 3,49 миллиарда лет. Утверждают даже, что найдены отложения бактериального происхождения, которым 3,8 миллиарда лет, но это вопрос спорный. Найти первые следы жизни на Земле трудно еще и потому, что на свете осталось мало мест, где можно обнаружить такие древние скальные породы.

180

Космический аппарат НАСА под названием «Новые горизонты» («New Horizons»), запущенный в 2006 году; ожидается, что в 2015 году он пролетит мимо Юпитера и его спутников со скоростью около 14 километров в секунду, а затем отправится к более далеким целям.

181

С некоторыми зондами все обстоит иначе. Зонду «Пионер-10» понадобится более 60 миллионов лет, чтобы пройти относительно близко от звезды Альдебаран (до нее 68 световых лет). «Пионер-11» примерно через 40 000 лет пройдет в пределах 1,7 светового года мимо одной маломассивной звезды. «Вояджер-1» тоже, вероятно, пройдет в пределах пары световых лет от другой маломассивной звезды приблизительно через 40 000 лет, а «Вояджер-2» пройдет в нескольких световых годах от звезды Сириус через 296 000 лет.

182

Визуальный осмотр структур на ледяной поверхности этого небесного тела и обнаружение там солей серной кислоты, которые, вероятно, сначала были солями соляной кислоты, а также измерение индуцированных магнитных полей, единогласно указывают на то, что под поверхностью Европы находится обширный океан. Скорее всего, он заключен под ледяной корой толщиной в десятки километров, однако его воды из-за тектоникоподобных процессов иногда протекают наружу. Недра Европы остаются теплыми, вероятно, благодаря сочетанию радиоактивного подогрева из скального ядра и тепла от трения во время гравитационных приливов, когда Европа растягивается и сокращается из-за эллиптичности своей орбиты вокруг массивного Юпитера (эта орбита – результат взаимодействия с другими спутниками Юпитера, которые открыл Галилей).

183

Хорошая, пусть и несколько устаревшая обзорная статья – D. Penny and A. Poole. The Nature of the Last Universal Common Ancestor // Current Opinion in Genetics and Development 9 (1999): 672–77. Байесовский анализ в поддержку LUCA – D. L. Theobald. A Formal Test of the Theory of Universal Common Ancestry // Nature 465 (2010): 219–22. Кроме того, по поводу этой статьи есть прекрасная дискуссия – M. Steel and D. Penny. Origins of Life: Common Ancestry Put to the Test // Nature 465 (2010): 168–69.

184

Об этой гипотезе, восходящей под разными обличьями к шестидесятым годам ХХ века, написано очень много. Термин «мир РНК» был впервые использован в статье Walter Gilbert. Origin of Life: The RNA World // Nature 319 (1986): 618.

185

См. сноску о структурах пород, сформированных колониями бактерий на с. 263. Недавно палеонтологи заявили, что обнаружили ископаемые остатки клеток бактерий, перерабатывавших серу, возрастом 3,4 миллиарда лет, а также (независимо) сетевидные узоры в скальных породах – следы жизнедеятельности микробов – возрастом 3,49 миллиарда лет. И то и другое найдено при раскопках в регионе Пилбара в Западной Австралии.

186

Эти зверюшки и в самом деле опровергли множество предрассудков. Прекрасная обзорная статья – James L. Van Etten. Giant Viruses // American Scientist 99 (2011): 304.

187

О его открытии читайте в статье D. Arslan et al. Distant Mimivirus Relative with a Larger Genome Highlights the Fundamental Features of Megaviridae // PNAS 108 (2011): 17486–91.

188

Это отнюдь не голословное заявление, а если оно подтвердится, то станет настоящей сенсацией. Об этом см. статью A. Nasir, K. M. Kim, and G. Caetano-Anolles. Giant Viruses Coexisted with the Cellular Ancestors and Represent a Distinct Supergroup along with Superkingdoms Archaea, Bacteria and Eukarya // BMC Evolutionary Biology 12 (2012): 156.

189

Очень славная статья Дэвиса с соавторами об идее теневой жизни: Р. Davies et al. Signatures of a Shadow Biosphere // Astrobiology 9 (2009): 241–49. Хотя подобные идеи наталкиваются на суровую критику, да и сам я считаю, что в них полно фундаментальных пробелов, это отличная пища для ума.

190

Строго говоря, арсенат – это молекулярная группа, которая присоединяется к чему-то еще. Его формула – AsO^43–, то есть это ион. Есть организмы, которые и в самом деле инкорпорируют мышьяк в органические молекулы, например, некоторые морские водоросли и бактерии. Однако, судя по всему, диапазон подобного поведения ограничен.

191

Молекула аденозинтрифосфат (АТФ, химическая формула C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃) иногда называется молекулярной валютой при межклеточной передаче энергии. АТФ создается в результате процессов вроде фотосинтеза или ферментации, а затем используется во множестве других мест в клетке, которая превращает его обратно в молекулу-предшественницу, а энергию забирает. Иначе говоря, АТФ играет главную роль в обмене веществ.

192

В печати этот вид получил обозначение GFAJ-1, которое в шутку расшифровали как «Give Felisa A Job» – «Дайте Фелисе работу»: главным автором статьи с описанием этого открытия была Фелиса Волф-Саймон, проходившая стажировку после защиты диссертации. Wolfe-Simon et al. A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus // Science 332 (2010): 1163–66. Однако читать эту статью отдельно, без учета реакции научного сообщества, нельзя, а она, само собой, столкнулась с серьезной критикой: хорошую проверку гипотезы из соображений здравого смысла предлагают авторы статьи B. P. Rosen, A. A. Ajees, and T.R. McDermott. Life and Death with Arsenic // BioEssays 33 (2011): 350–57.

193

Из интервью, которое взял у меня Деннис Овербай для статьи в «The New York Times», которая была опубликована 2 декабря 2010 года. Эти слова потом часто цитировали.

194

См. M. Elias et al. The Molecular Basis of Phosphate Discrimination in Arsenate-Rich Environments // Nature 491 (2012): 134–37. Более ранняя статья приводит доказательства внедрения мышьяка в жизнеспособные ДНК бактерии: M. L. Reaves et al. Absence of Detectable Arsenate in DNA from Arsenate – Grown GFAJ – 1 Cells // Science 337 (2012): 470–73.

195

Об открытии этой системы было объявлено в 2012 году. В данном случае обе планеты большие, одна, вероятно, газовый гигант, другая немного больше Нептуна. Более крупная планета обращается вокруг двойной звезды за каждые 50 земных дней, та, что поменьше, за каждые 303 земных дня. Одна звезда похожа на Солнца, вторая примерно в три раза меньше.

196

И в самом деле, некоторые астрономы утверждают, что самая распространенная конфигурация планетной системы в нашей Галактике состоит из нескольких планет, которые вращаются по довольно маленьким орбитам и облетают свою звезду за несколько дней или недель.

197

Пример такой планетной системы – система HD 10180 у звезды размером с Солнце, которая находится от нас на расстоянии около 127 световых лет. Анализ данных транзитного анализа (сейчас, когда я пишу эти строки, они ждут подтверждения в результате новых наблюдений) показывает, что планет может быть по крайней мере девять – семь из них вращаются в пределах половины расстояния от Солнца до Земли, а две – на расстоянии от 1,5 до 3,5 этой дистанции. См. Tuomi. Evidence for Nine Planets и сноску на с. 136.

198

В нашей собственной Солнечной системе есть планета Юпитер, у которой 67 спутников. Большинство из них совсем маленькие, однако галилеевы спутники – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто – очень велики. Диаметр Ганимеда больше, чем у Меркурия. Астрономы почти уверены, что должны существовать не только экзопланеты, но и «экзолуны», и открыт сезон охоты на них. Уже давно обсуждается вероятность, что они могут оказаться «пригодными для обитания», и я даже писал об этом некоторое время назад, причем в моей статье есть ссылки на несколько более ранних работ: C. A. Scharf. The Potential for Tidally Heated Icy and Temperate Moons around Exoplanets // The Astrophysical Journal 648 (2006): 1196–1205.

199

Иногда это называют «приливный захват».

200

Томас Кун пишет это в своей книге о коперниковой революции, она упоминается в сноске к главе 1 на с. 25. Кроме того, стоит заглянуть в тоже уже упоминавшуюся (см. сноску на с. 31) книгу Owen Gingerich. The Book Nobody Read». Джинджерич рассказывает о своих титанических трудах по розыску экземпляров первого издания «De revolutionibus» и подробно излагает, как этой книгой пользовались – а иногда и составляли примечания к ней – Галилей, Кеплер и прочие. Эта книга очень популярна, и те, кому оказался по силам ее насыщенный терминами язык, высоко ее ценят.

201

См., например, J. Laskar et al. Long Term Evolution and Chaotic Diffusion of the Insolation Quantities of Mars // Icarus 170 (2004): 343–64.

202

Судя по всему, наша Солнечная система в данный момент проходит через область, весьма бедную веществом, которая довольно оригинально называется «Местное межзвездное облако». Размером оно около 30 световых лет в поперечнике и содержит приблизительно один атом на три кубических сантиметра пространства. Мы находимся в нем примерно 40 000–150 000 лет и, вероятно, вынырнем из него лишь через 20 000 лет. Более плотные межзвездные облака, например, молекулярные облака, из которых возникают звезды, в среднем в 100–1000 раз плотнее.

203

Один из самых известных обзоров на эту тему – книга Peter D. Ward and Donald Brownlee. Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe. New York: Copernicus/Springer-Verlag, 2000. В ней предложено множество линий доказательств того, что сложноклеточная и разумная жизнь во Вселенной – большая редкость, а главный довод – сложноклеточным организмам требуется целый ряд характеристик окружающей среды и биологических соединений. Более современный и астрофизический подход к подобным идеям изложен в книге John Gribbin. Alone in the Universe: Why Our Planet is Unique. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2011.

204

Я не стал подробно говорить об этом в основном тексте, однако, похоже, все гипотезы уникальной Земли имплицитно предполагают, что здесь, на Земле, созданы «идеальные» условия для сложноклеточной разумной жизни. Я не уверен, что так было всегда или достаточно долго. Возьмем, к примеру, существование ископаемого топлива – обширных залежей газа и угля, возникших в Каменноугольный период около 300 миллионов лет назад. Это топливо позволило человечеству встать на путь технического прогресса и дойти до нынешнего состояния цивилизации. Для создания этого энергетического запаса нужны были весьма специфические условия – неглубокие моря, особые породы деревьев с толстой корой и перемена климата (возможно, ей поспособствовал дрейф континентов и возникновение гор). Однако именно ископаемое топливо, возможно, приведет нас к катастрофе в ближайшие несколько столетий. Если мы всего лишь всплеск на кривой эволюции, едва ли Земля тонко настроена на наше существование, просто она оказалась подходящей для того, чтобы на ней на какое-то время завелись организмы вроде нас.

205

N. Lane and W. Martin. The Energetics of Genome Complexity // Nature 467 (2010): 929–34. Еще одна статья о том, какими путями развилась сложная жизнь – J. A. Cotton and J. O. McInerney. Eukaryotic Genes of Archaebacterial Origin are More Important Than the More Numerous Eubacterial Genes, Irrespective of Function // PNAS 107 (2010): 17252–55. Авторы предпочитают говорить не о «древе жизни», а о «кольце жизни».

206

Эта идея зародилась очень давно, еще у древних греков. В XIX веке о ней писали самые разные ученые, в том числе Кельвин и Гельмгольц, а в начале ХХ века – Сванте Аррениус. Она популярна и в наши дни, хотя подтверждения так и не нашла. И в самом деле, представляется, что Солнечная система, в принципе, обеспечивает все условия для обмена биологическим материалом – столкновения с астероидами выбрасывают в пространство вещества с поверхности планет, и они попадают на другие планеты (отсюда такой интерес к метеоритам марсианского происхождения). Однако может ли это привести к попаданию на другие планеты живых организмов, остается спорным.

207

Думаю, можно обобщить пример с бейсболом, чтобы он несколько точнее соответствовал ситуации с жизнью на Земле. Представьте себе, что Джо не знал, сколько всего мячей попадет тем вечером в зрителей: может быть, такой мяч был всего один, а может быть, их было несколько тысяч. Оценить, сколько у него было шансов поймать мяч, Джо будет по-прежнему трудно, поскольку событие все равно удивительное. Так вот, если речь идет о жизни во Вселенной, мы столь же невежественны, а оценить вероятность нам еще сложнее, поскольку на самом деле мы не знаем ни размера стадиона, ни количества зрителей (пригодных для жизни планет).

208

Так и есть – несколько ученых, сыгравших в нем важнейшую роль, получили за него в 2011 году Нобелевскую премию. На основании измерения яркости очень далеких сверхновых они оценили, как расширение Вселенной ведет себя в космических временных масштабах. И оказалось, что примерно 5 миллиардов лет назад Вселенная перешла от расширения с замедлением (из-за гравитационного воздействия всей массы) к расширению с ускорением. Найдено и много других признаков расширения с ускорением, которые подтвердили эту гипотезу.

209

Сугубо научная статья – L. Krauss and R. Scherrer. The Return of a Static Universe and the End of Cosmology // General Relativity and Gravitation 39 (2007): 1545–50. Те же авторы составили и великолепное научно-популярное описание – L. Krauss and R. Scherrer. The End of Cosmology? // Scientific American 298 (March 2008): 46–53.

210

Сейчас, когда я пишу эти строки, самые свежие оценки формирования звезд в космических временных масштабах сделаны в статье D. Sobral et al. A large Ha Survey at z = 2.23, 1.47, 0.84 and 0.40: The 11 Gyr Evolution of Star-Forming Galaxies from HiZELS // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 428 (2013): 1128–46.

211

По чистому (гм) совпадению я написал об этом книгу. C. Scharf. Gravity’s Engines: How Bubble-Blowing Black Holes Rule Galaxies, Stars, and Life in the Cosmos. New York: Scientific American / Farrar, Straus and Giroux, 2012).

212

Это не то расстояние, которое пройдет свет за 13,8 миллиардов лет и которое часто приводят, а расстояние от нас до наблюдаемого края Вселенной в данный момент космологического времени (равное интервалу в данный момент времени в терминологии специальной теории относительности). Это реальное физическое расстояние, хотя многие до сих пор по ошибке указывают в качестве радиуса Вселенной 13,8 миллиардов световых лет.

213

Виды млекопитающих, как и птиц, рыб, насекомых и большинства макроскопических многоклеточных существ более или менее одинаково распределяются по диапазону физических размеров – с перекосом в сторону маленьких видов: мелких животных больше, однако они не могут быть меньше определенного размера. См., например, M. Buchanan. Size and Supersize // Nature Physics 9 (2013): 129.

214

Концепция взаимосвязи и взаимодополнения противоположных или противодействующих сил в природе – света и тьмы, жара и холода, активного и пассивного и пр.

215

В англоязычной литературе – «Goldilocks zone», «Зона Златовласки». – Прим. перев.

216

Майкл Сторри-Ломбарди. Астробиолог и инженер с медицинским дипломом, первопроходец в области применения искусственных нейронных сетей в астрономии, проводивший исследования в самых разных областях – от сжатия изображений до узоров строматолитов и исследования происхождения жизни методами биоинформатики. Сайт его института – www.kinohi.org/

217

Этот мыслитель-революционер лет двадцать назад написал прекрасную научно-популярную книгу о природе сложности и о пограничных явлениях: S. Kauffman. At Home in the Universe: The Search for the Laws of Self-Organization and Complexity. New York: Oxford University Press, 1995.

218

Мне кажется, это привилегия ученого и писателя – право на обоснованные спекуляции. Однако, приступая к работе над книгой, я не знал, что вывод будет именно таким. Я сделал его, когда собирал все приведенные здесь свидетельства, оказавшие мне бесценную услугу.

219

Тема эта непростая, иногда она подходит до опасного близко к ненаучным богословским доводам о «замысле». Поясню, что этого я не имел в виду. «Конвергенция» между множеством ответвлений жизни на Земле очевидна, и по логике вещей природа эволюции такова, что различия между видами также подвергаются естественному отбору сообразно с их преимуществами. А значит, поскольку набор физических и химических условий ограничен, а история развития видов на Земле пошла именно так, а не иначе, разумно предположить, что разные организмы «изобретали» заново одни и те же механизмы, даже очень сложные. Не вполне ясно, правда, до какой степени будет наблюдаться конвергенция между жизнью на Земле и на других планетах, которые вращаются вокруг других звезд.

220

Этого радиотелескопа – довольно-таки удивительного – больше нет, его разобрали в 1998 году, чтобы освободить землю под застройку (там построили жилые дома и сделали поле для гольфа, словом, поспособствовали сохранению и развитию цивилизации). Однако примерно с 1963 года и до 1997, пока телескоп работал, на нем велись не только наблюдения в рамках SETI, но и «обычные» астрономические исследования – в частности, на нем сканировали небо в поисках радиоквазаров. На сайте www.bigear.org вы найдете многочисленные ресурсы и онлайн-музей «Большого уха».

221

Эйман очень доходчиво и подробно рассказывает о сигнале «Ого!» и о своих попытках разобраться, что это такое, в статье, которую можно прочитать по адресу www.bigear.org/wow20th.htm.

222

На эту мысль Ферми натолкнуло, в частности, следующее соображение: даже если на путешествия от одной звезды до другой уходят тысячи лет, возраст Млечного Пути (как минимум 10 миллиардов лет) позволяет даже очень древним видам распространиться повсеместно. Подобные соображения упоминаются и при обсуждении уравнения Дрейка. Как известно, американский ученый Фрэнк Дрейк в 1961 году представил формулу, состоящую из нескольких множителей и позволяющую подойти к поиску внеземной жизни с численными мерками. В число множителей входит, например, доля планет, способных обеспечить условия для жизни, и продолжительность времени, за которое цивилизация может давать знать о своем присутствии жителям других планет.

223

Этот всплеск отражательной способности и прозрачности, свойственных земной растительности, называют также «красной границей», поскольку на длинах волн больше 700 нанометров отражательная способность резко – ступенькой – повышается.

224

Об этом см. в его научно-популярной книге R. Penrose. The Emperor’s New Mind: Concerning Computers, Minds, and the Laws of Physics. Oxford, UK: Oxford University Press, 1989.

225

Прекрасный пример – исследование вод так называемого озера Восток, которое залегает под ледяным щитом толщиной около четырех километров и имеет размеры примерно 250 на 50 километров. Вода в этом подледном озере, скорее всего, была совершенно изолирована в течение десятков тысяч лет, а может быть, и дольше.

226

Сколько еще Вселенных может быть во множественной Вселенной, не знает никто. Некоторые так называемые хаотические теории инфляции (которые подводят физическую базу под то, что Вселенная расширяется во что-то большее) предполагают, что разных Вселенных, возможно, 10¹⁰ и все это еще в 16 степени. См., например, A. Linde, V. Vanchurin. How Many Universes Are in the Multiverse? // Physical Review D 81, no. 083525 (2010): 1–11.

227

Я взял эти слова из книги C. Sagan. Pale Blue Dot: A Vision of the Human Future in Space. New York: Random House, 1994.