Реферат по астрономии на тему:

ПРОБЛЕМЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ И ПОИСКА ВНЕЗЕМНЫХ

ЦИВИЛИЗАЦИЙ

Санкт-Петербург

1999 г.

В настоящее время вся совокупность наук человеческой цивилизации позволяет сделать неопровержимый вывод о возможности и большой вероятности существования жизни, в том числе разумной, в подходящих для этого местах
Вселенной, в частности в нашей Галактике.

Физика и астрофизика установили факт тождественности физических законов во всей видимой части Вселенной. Астрономия показала, что Солнце и наша Галактика по различным параметрам являются рядовыми "средними" объектами Вселенной среди множества им подобных.

Для того чтобы возникла жизнь, необходимо наличие определенных атомов.
Все живое состоит в основном из водорода, кислорода, азота, углерода и незначительного количества более тяжелых элементов от фосфора и кальция до железа. Эти элементы, как сейчас установлено астрофизикой, возникли в недрах первичных звезд, состоявших из водорода и гелия. Элементы тяжелее водорода образовывались в недрах звезд первичного поколения при их сжатии благодаря вспыхивавшей термоядерной реакции. Затем следовали взрыв, сброс оболочки звезды и образование звезд вторичного поколения с планетами вокруг них, что привело к созданию множества мест, богатых необходимыми элементами и их соединениями.

Органические соединения на образовавшихся планетах могли возникать в ходе последующего теплового процесса в истории развития планет. Суть этого процесса в разогреве недр планеты вследствие радиоактивного распада урана, тория и калия-40 и в выносе на поверхность горячих расплавленных масс.
Взаимодействие с водой могло привести к образованию сложных органических соединений, послуживших основой для возникновения живой клетки.

Вопрос происхождения органических соединений получил новое освещение, когда совершенно неожиданно радиоастрономические методы позволили обнаружить в туманностях около 50 различных, в том числе органических, соединений, содержащих более десятка атомов в молекуле. Были обнаружены соединения, являющиеся основой белков живых организмов.

Есть основания полагать, что в этих туманностях идет интенсивное звездообразование и вполне возможно, что образуются планеты с уже подготовленными органическими соединениями, которые вовсе не обязательно должны разрушаться в процессе конденсации планет.

Космология довольно надежно установила пути эволюции вещества во
Вселенной от нуклеосинтеза тяжелых атомов до образования неорганических соединений. Но науке пока совершенно не ясен переход от неживых органических соединений к живым, т.е. способным к самовоспроизведению по определенному рецепту - генетическому коду. Этот переход к высшей организации вещества остается темным местом в цепи общей эволюции материи.

Сказанное об эволюционном развитии вещества во Вселенной по современным представлениям можно изобразить в схематическом виде.

Для эволюции живых организмов от простейших форм (вирусы, бактерии) к разумным существам необходимы огромные интервалы времени так как “движущей силой” такого отбора являются мутации и естественный отбор - процессы, носящие случайный характер. Именно через большое количество случайных процессов реализуется закономерное развитие от низших форм жизни к высшим.
На примере нашей планеты Земли мы знаем, что этот интервал времени, по- видимому, превосходит миллиард лет. Поэтому только на планетах, обращающихся вокруг достаточно старых звёзд, мы можем ожидать присутствия высокоорганизованных живых существ. При современном состоянии астрономии мы можем только говорить об аргументах в пользу гипотезы о множественности планетных систем и возможности возникновения на них жизни. Строгим доказательством этих важнейших утверждений астрономия пока не располагает.
Для того, чтобы говорить о жизни, надо по крайней мере считать, что достаточно старые звёзды имеют планетные системы. Для развития жизни на планете необходимо, чтобы выполнялся рад условий общего характера. И совершенно очевидно, что далеко не на каждой планете может возникнуть жизнь.

Мы можем себе представить вокруг каждой звезды, имеющей планетную систему, зону, где температурные условия не исключают возможности развития жизни. Вряд ли она возможна на планетах вроде Меркурия, температура освещённой Солнцем части которого выше температуры плавления свинца, или вроде Нептуна, температура поверхности которого -200°C. Нельзя, однако, недооценивать огромную приспособляемость живых организмов к неблагоприятным условиям внешней среды. Следует еще заметить, что для жизнедеятельности живых организмов значительно “опаснее” очень высокие температуры, чем низкие, так как простейшие виды вирусов и бактерий могут, как известно, находится в состоянии, при котором жизненные процессы резко замедляются, что способствует выживанию в неблагоприятных условиях температуры, близкой к абсолютному нулю.

Кроме того, необходимо, чтобы излучение звезды на протяжении многих сот миллионов и даже миллиардов лет оставалось приблизительно постоянным.
Например, обширный класс переменных звёзд, светимости которых сильно меняются со временем (часто периодически), должен быть исключён из рассмотрения. Однако большинство звёзд излучает с удивительным постоянством. Например, согласно геологическим данным, светимость нашего
Солнца за последние несколько миллиардов лет оставалась постоянной с точностью до нескольких десятков процентов.

Чтобы на планете могла появится жизнь, её масса не должна быть слишком маленькой. С другой стороны слишком большая масса тоже является неблагоприятным фактором, на таких планетах невелика вероятность образования твёрдой поверхности невелика, они обычно представляют из себя газовые шары с быстро растущей к центру плотностью (например, Юпитер и
Сатурн). Так или иначе, массы планет, пригодных для развития жизни, должны быть ограничены как сверху, так и снизу. По-видимому, нижняя граница возможностей массы такой планеты близка к нескольким сотым массы Земли, а верхняя в десятки раз превосходит земную. Очень большое значение имеет химический состав поверхности и атмосферы. Как видно, пределы параметров планет, пригодных для жизни, достаточно широки.

Для изучения жизни нужно, прежде всего определить понятие “живое вещество”. Этот вопрос является далеко не простым. Многие ученые, например, определяют живое вещество как сложные белковые тела, обладающие упорядоченным обменом веществ. Такой точки зрения придерживался, в частности, академик А.И.Опарин, много занимавшийся проблемой происхождения жизни на Земле. Конечно, обмен веществ есть существеннейший атрибут жизни, однако вопрос о том, можно ли сводить сущность жизни, прежде всего к обмену веществ, является спорным. Ведь и в мире неживого, например, у некоторых растворов, наблюдается обмен веществ в его простейших формах. Вопрос об определении понятия “жизнь” стоит очень остро, когда мы обсуждаем возможности жизни на других планетных системах.

В настоящее время жизнь определяется не через внутреннее строение и вещества, которые её присущи, а через её функции: “управляющая система”, включающая в себя механизм передачи наследственной информации, обеспечивающей сохранность последующим поколениям. Тем самым благодаря неизбежным помехам при передаче такой информации наш молекулярный комплекс
(организм) способен к мутациям, а следовательно к эволюции.

Возникновению живого вещества на Земле (и, как можно судить по аналогии, на других планетах) предшествовала довольно длительная и сложная эволюция химического состава атмосферы, в конечном итоге приведшая к образованию ряда органических молекул. Эти молекулы впоследствии послужили как бы “кирпичиками” для образования живого вещества.

По современным данным планеты образуются из первичного газово-пылевого облака, химический состав которого аналогичен химическому составу Солнца и звёзд, первоначальная их атмосфера состояла в основном из простейших соединений водорода - наиболее распространённого элемента в космосе. Больше всего было молекул водорода, аммиака, воды и метана. Кроме того, первичная атмосфера должна была быть богата инертными газами - прежде всего гелием и неоном. В настоящее время благородных газов на Земле мало, так как они в своё время улетучились в межпланетное пространство, как и многие водородсодержащие соединения.

Однако, по-видимому, решающую роль в установлении состава земной атмосферы сыграл фотосинтез растений, при котором выделяется кислород. Не исключено, что некоторое, а может быть даже существенное, количество органических веществ было принесено на Землю при падениях метеоритов и, возможно, даже комет. Некоторые метеориты довольно богаты органическими соединениями. Подсчитано, что за 2 млрд. лет метеориты могли принести на
Землю от 108 до 1012 тонн таких веществ. Также органические соединения могут в небольших количествах возникать в результате вулканической деятельности, ударов метеоритов, молний, из-за радиоактивного распада некоторых элементов.

Имеются довольно надёжные геологические данные, указывающие на то, что уже 3.5 млрд. лет назад земная атмосфера была богата кислородом. С другой стороны возраст земной коры оценивается геологами в 4.5 млрд. лет. Жизнь должна была возникнуть на Земле до того, как атмосфера стала богата кислородом, так как последний в основном является продуктом жизнедеятельности растений. Согласно недавней оценке американского специалиста по планетной астрономии Сагана, жизнь на Земле возникла 4.0 -
4.4 млрд. лет назад.

Механизм усложнения строения органических веществ и появление у них свойств, присущих живому веществу, в настоящее время ещё недостаточно изучен, хотя в последнее время наблюдаются большие успехи в этой области биологии. Но уже сейчас ясно, что подобные процессы длятся в течение миллиардов лет.

Любая сколь угодно сложная комбинация аминокислот и других органических соединений - это ещё не живой организм. Можно, конечно, предположить, что при каких-то исключительных обстоятельствах где-то на
Земле возникла некая “праДНК”, которая и послужила началом всему живому.
Вряд ли, однако, это так, если гипотетическая “праДНК” была вполне подобна современной. Дело в том, что современная ДНК сама по себе совершенно беспомощна. Она может функционировать только при наличии белков-ферментов.
Думать, что чисто случайно, путём “перетряхивания” отдельных белков - многоатомных молекул, могла возникнуть такая сложнейшая машина, как
“праДНК” и нужный для её функционирования комплекс белков-ферментов - это значит верить в чудеса. Однако можно предположить, что молекулы ДНК и РНК произошли от более примитивной молекулы.