Наука о чужих. Жизнь и разум во вселенной
Теория эволюции, которую обосновал Чарльз Дарвин, не только революционно изменила мировоззрение образованных людей во второй половине XIX века, но и способствовала быстрому развитию множества близких по тематике наук: зоологии, биологии, палеонтологии и антропологии. Учёные, которые в то время размышляли о возможности существования инопланетян, конечно же, учитывали новейшие открытия в области изучения живого на Земле, чтобы, используя аналогии, подкрепить свои выкладки. Однако на этом пути они быстро пришли к парадоксальному выводу: жизнь должна быть широко распространена в космосе, но очень маловероятно, что мы, земляне, сумеем отыскать её и установить контакт с существами, похожими на нас.
VII. Живая Вселенная
Новое солнце
Вера в населённость ближнего и дальнего космоса в XIX веке стала настолько сильна, что некоторые учёные (не только фантасты) утверждали, будто бы какие-то существа есть даже на Солнце. К примеру, в 1859 году французский астроном и математик Жан Лиагре, сделавший также карьеру на военном поприще, в докладе «О множественности миров» (Sur la pluralité des mondes) для Королевской академии наук, литературы и изящных искусств Бельгии заявил, что Солнце «следует рассматривать не как всепожирающую разрушительную печь, а как самое значительное планетарное тело, как величественную обитель, где совершенство организмов находится в гармонии с великолепием их места обитания». Английский химик доктор Томас Фипсон, получивший известность своими исследованиями фосфоресценции и каталитических процессов, в статье «Обитаемые планеты» (Inhabited Planets, 1867) писал: «Если развитие жизни измерять количеством тепла и света, которые каждая планета получает от центрального светила нашей системы, то само это светило должно быть областью вечной жизни и совершенного счастья». Шотландский изобретатель Мунго Понтон, прославившийся открытием метода фотографирования с использованием дихромата калия в качестве светочувствительного вещества, сообщал в своей книге «Великий архитектор, проявленный в материальной Вселенной» (The Great Architect; as Manifested in the Material Universe, 1866), что ядро Солнца относительно холодное и твёрдое, поэтому вполне может быть пригодно для поддержания развитой биосферы, а некоторые из структур, замеченные астрономами в фотосфере светила, — это гигантские «организмы» или скопления «организмов». И так далее. Понятно, что все эти утверждения были чисто умозрительными, ведь не существовало методов, которые могли бы дать надёжные сведения о составе и структуре Солнца. Впрочем, вскоре они появились.
Как известно, ещё Исаак Ньютон, опираясь на более ранние наблюдения, установил, что свет можно разделить на составляющие его цвета, пропустив луч сквозь стеклянную призму. Свет каждого цвета обладает своей особой «преломляемостью», поэтому отклоняется поверхностями призмы на определённый угол, отличающийся от остальных. В результате на экране, установленном за призмой, появляется радужная полоска — спектр солнечного света, в котором фиолетовый цвет через зелёный и жёлтый постепенно переходит в красный. Ньютон не увидел в этом явлении возможность изучения Солнца — его больше интересовали свойства света, чтобы на основе этих исследований улучшить качество телескопов.
Много позже, в июне 1802 года, английский химик и минералог Уильям Волластон выпустил статью «Метод исследования преломляющих и рассеивающих сил с помощью призматического отражения» (A Method of examining refractive and dispersive Powers, by prismatic Reflection), в которой описал семь тёмных полосок, обнаруженных в солнечном спектре. Он не смог объяснить их природу, поэтому не осознал значения своего открытия для астрономии, и на статью в то время не обратили внимания. Слава первопроходца в новой области науки досталась другому — немецкому оптику Йозефу Фраунгоферу. Как и Ньютон, он занимался совершенствованием линз, для чего изыскивал способ более точного измерения коэффициента преломления для каждого из цветов спектра. В 1814 году он разложил свет призмой, установленной перед объективом небольшого теодолита, и обнаружил сотни «сильных и слабых вертикальных линий, которые темнее остальной части цветного изображения». Заинтересовавшись явлением, Фраунгофер изучил спектры Венеры и звезды Сириус. По поводу Венеры он правильно записал: «Я убедился, что свет Венеры в этом отношении имеет ту же природу, что и солнечный свет». Что касается звезды, то Фраунгофер был несколько обескуражен: «Я совершенно точно увидел в спектре Сириуса три широкие полосы, которые, по-видимому, не имеют никакой связи с солнечным светом». В 1823 году немецкий оптик продолжил наблюдения, снабдив телескоп-рефрактор призмой, и описал спектры Сириуса, Кастора, Поллукса, Капеллы, Бетельгейзе и Проциона. При этом он увидел, что положения тёмных линий отличаются от звезды к звезде. К сожалению, Фраунгофер умер от туберкулёза в возрасте тридцати девяти лет и не смог внести более существенный вклад в новую науку.
Следующий шаг в нужном направлении сделал знаменитый английский астроном сэр Джон Гершель. В начале 1820-х годов он занялся исследованиями спектров горения и пришёл к важному выводу: «Цвет, который таким образом образуется в пламени различными веществами, во многих случаях позволяет легко и безошибочно определить даже самые малые их количества». Была заложена основа для спектрального анализа: каждый химический элемент, если поместить его в огонь, даёт свой характерный набор цветов.
К середине XIX века учёные установили, что с помощью спектра, в том числе выходящего за пределы оптического диапазона (то есть в инфракрасной и ультрафиолетовой областях), можно определить более или менее полный состав любого нагретого соединения веществ — даже на Солнце. В 1859 году немецкий физик Густав Кирхгоф, работавший совместно с химиком-экспериментатором Робертом Бунзеном, открыл, что, как он писал в октябрьской заметке для «Ежемесячных отчётов Королевской прусской академии наук в Берлине», «тёмные области солнечного спектра, не создаваемые атмосферой Земли, возникают из-за присутствия в раскалённой солнечной атмосфере тех веществ, которые в спектре пламени создают яркие линии в одном и том же месте». Кирхгоф определил важный принцип: вещества видны в спектре либо как яркие линии излучения, либо как тёмные линии поглощения в зависимости от того, наблюдается их собственный свет или свет от более горячего источника, проходящий через вещество.
Заявив свой приоритет в области спектрального анализа, Кирхгоф и Бунзен продолжили работу. В фундаментальной статье «Исследования солнечного спектра и спектров химических элементов» (Untersuchungen über das Sonnenspectrum und die Spectren der chemischen Elemente), написанной в июне 1861 года, Кирхгоф сообщал: «Особенно поразительно, что в местах расположения всех наблюдаемых линий железа в солнечном спектре обнаруживаются очень отчётливые тёмные линии... Но в нашей атмосфере невозможно выделить пары железа, в количестве достаточном для образования в солнечном спектре таких превосходных линий поглощения, соответствующих линии железа; тем более что эти линии не претерпевают заметных изменений по мере приближения Солнца к горизонту. Однако предположение о наличии таких паров в атмосфере Солнца не противоречит высокому уровню температур, который нам известен... Таким образом, после установления присутствия земного элемента в атмосфере Солнца и объяснения этим большого числа линий Фраунгофера, можно допустить, что там находятся и другие земные вещества... Чтобы объяснить тёмные линии спектра Солнца, необходимо предположить, что его атмосфера окружает светящееся тело, которое само по себе даёт непрерывный спектр с силой света, превышающей определённый предел. Наиболее вероятно, что Солнце состоит из твёрдого или жидкого ядра, разогретого до температуры, которая выше температуры его атмосферы». На основании этого открытия физик уверенно опроверг популярную в то время гипотезу (возникшую на основе наблюдений солнечных пятен), будто бы ядро нашего светила холоднее фотосферы.
Значение выводов, сделанных немецкими учёными, трудно переоценить. С одной стороны, они сумели доказать, что небесные тела действительно состоят из тех же химических элементов, что и Земля; с другой стороны, они показали, что прямые аналогии, которые используются в поддержку теории распространённости жизни во Вселенной, нельзя безоглядно применять к космосу, ведь трудно вообразить существ, которые способны развиваться в мире, раскалённом настолько, что пары железа являются частью его атмосферы.
Единый план
Наблюдения Кирхгофа и Бунзена вызвали огромный резонанс в научных кругах: астрономы осознали, что наконец-то появился способ изучать химический состав и физическое строение небесных тел, невзирая на расстояния. Понятно, что, помимо Солнца, они сразу обратили внимание на соседние светила, рассчитывая найти ответы на накопившиеся вопросы.
В течение 1863 года были опубликованы статьи четырёх астрономов: американца Льюиса Резерфорда, итальянца Анджело Секки, англичан Джорджа Эйри и Уильяма Хаггинса. Последний из названных, которому помогал химик Уильям Миллер, сделал превосходную карьеру в звёздной астрофизике, поэтому его работы отражают дальнейшее развитие этой области науки в XIX веке. В первой статье «Замечание о линиях в спектрах некоторых неподвижных звёзд» (Note on the Lines in the Spectra of some of the Fixed Star, 1863) он представил результаты исследования света Сириуса, Бетельгейзе и Альдебарана, сравнив его с солнечным. В следующей, озаглавленной «О спектрах некоторых неподвижных звёзд» (On the Spectra of some of the Fixed Star, 1864), подводился промежуточный итог наблюдений Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна и пятидесяти звёзд.
Анализируя очевидную разницу в спектрах светил, Хаггинс и Миллер писали: «На Земле мы обнаруживаем, что бесчисленные индивидуальные особенности, связанные с нынешним состоянием природных условий, не ограничиваются принципом жизнедеятельности и различны для каждого, но определяются специфическими изменениями общего плана, охватывающего широкий спектр аналогичных явлений. Если мы рассмотрим живые существа, то сохранение единства плана, наблюдаемое среди многообразных разновидностей специальной адаптации позвоночных, может быть приведено в качестве примера упомянутого общего функционирования... [Наши] наблюдения... дают некоторое доказательство того, что подобное единство распространяется по всей Вселенной настолько, насколько свет позволяет нам воспринимать материальные объекты. Ибо мы можем заключить, что звёзды, хотя и отличаются одна от другой видами материи, из которой они состоят, все построены по одному и тому же плану подобно Солнцу и из вещества, идентичного, по крайней мере частично, материалам нашей системы. Следовательно, существует вероятность того, что звёзды, которые по структуре похожи на Солнце, выполняют аналогичную задачу и, подобно нашему светилу, окружены планетами... Примечательно, что элементы, наиболее широко распространённые среди множества звёзд, являются одними из тех, которые наиболее тесно связаны со строением живых организмов Земли, включая водород, натрий, магний и железо... Наблюдения спектра звёзд вносят определённый вклад в создание экспериментальной основы, из которой можно сделать вывод, до сих пор представлявший собой лишь чистую спекуляцию: по крайней мере, наиболее яркие звёзды, подобные Солнцу, являются поддерживающими и заряжающими энергией центрами систем миров, пригодных для обитания живых существ».