Одиноки ли мы во Вселенной?

Министерство  образования и  науки РФ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

На  Тему: «Одиноки ли мы во Вселенной?» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Барнаул 2009г.

Введение. 

     Нет ничего более волнующего, чем поиски  жизни и разума во Вселенной. Уникальность земной биосферы и человеческого интеллекта бросает вызов нашей веры в единство природы. Человек не успокоится, пока не разгадает загадку своего происхождения. На этом пути необходимо пройти три важные ступени: узнать тайну рождения Вселенной, решить проблему происхождения жизни и понять природу разума.

     Изучением Вселенной, её происхождения и эволюции занимаются астрономы и физики. Исследованием  живых существ и разума заняты биологи и психологи. А происхождение  жизни волнует всех: астрономов, физиков, биологов, химиков. К сожалению  нам знакома только одна форма жизни — белковая и только одно место во Вселенной, где эта жизнь существует, — планета Земля. А уникальные явления, как известно, с трудом поддаются научному исследованию. Вот если бы удалось обнаружить другие населённые планеты, тогда загадка жизни была бы решена гораздо быстрее. А если бы на этих планетах нашлись бы разумные существа… Дух захватывает, стоит только представить себе первый диалог с братьями по разуму.

     Но  каковы реальные перспективы такой  встречи? Где в космосе можно найти подходящие для жизни места? Может ли жизнь зародиться в межзвёздном пространстве, или для этого необходима поверхность планет? Как связаться с другими разумными существами? Вопросов много…

     Глава I

     Строение  Солнечной Системы.

     Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по своим размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, Девять больших планет, вместе с 61 спутником, более 100000 планет (астероидов) , порядка десяти комет, а также бесчисленное множество метеорных тел движущихся как роями так и в виде отдельных частиц.

     Все эти тела  объединены в одну систему  благодаря силе притяжения центрального тела - Солнца. Масса солнца приблизительно в 750 раз превосходит массу всех остальных тел, входящих в эту  систему. Гравитационное притяжение звезды является главной силой, определяющей движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечной системы . Среднее расстояние от солнца до самой далекой от него планеты Плутон 39,5 а.е., что очень мало по сравнению с расстоянием до ближайших звезд. Только некоторые кометы удаляются от солнца на 10⁵ а.е. и подвергаются воздействию притяжения звезд.

     В Солнечной системе наблюдается  огромный диапазон масс, особенное  если учесть наличие в межпланетном пространстве космической пыли.  Различие в массах между солнцем и какой-нибудь пылинкой в тысячную долю миллиграмма будет составлять около 40 порядков (иначе говоря, отношение их масс будет выражаться числом с 40 нулями.). 

     При ознакомлении с планетами бросается  в глаза резкое разделение их на две группы как по массе и другим физическим признакам, так и по расстояниям от солнца эти группы: планеты гиганты и планеты земной группы. К первой группе относятся Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон, ко второй -  Меркурий, Венера, Земля и Марс.

     Глава II

     Поиски  жизни в Солнечной системе.

     Что бы найти жизнь в Солнечной  системе давайте рассмотрим условия  для жизни планет земной группы и  планет-гигантов.

     Земля - это третья по удаленности от Солнца планета. Она движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, большая полуось которой, (то есть среднее расстояние между центрами Земли и Солнца) в астрономии принята  в качестве единицы длины (астрономическая единица) для измерения расстояний между небесными телами в пределах Солнечной системы. Расстояние от Земли до Солнца в различных точках орбиты неодинаковое, в перигелии (3 января) оно приблизительно на 2,5 млн.км. меньше, а в афемии (3 июля) - на столько же больше среднего расстояния, составляющего 149,6 млн.км. Это самая благоприятная планеты: атмосфера, температура, вода и прочее – всё что надо человеку у Земли есть. Недаром Землю называют «живой планетой».

     Луна — единственное небесное тело, где смогли побывать земляне и грунт которого подробно исследован в лаборатории. Никаких следов органической жизни на Луне не найдено.

     Дело  в том, что Луна не имеет и никогда  не имела атмосферы: её слабое поле тяготения не может удерживать газ  вблизи поверхности. По этой же причине  на Луне нет океанов — они бы испарились. Не прикрытая атмосферой поверхность Луны днём нагревается до 130 °С, а ночью остывает до –170 °С. К тому же на лунную поверхность беспрепятственно проникают губительные для жизни ультрафиолетовые и рентгеновские лучи Солнца, от которых Землю защищает атмосфера. В общем, на поверхности Луны для жизни условий нет. Правда, под верхним слоем грунта, уже на глубине 1 м, колебания температуры почти не ощущаются: там постоянно около –40 °С. Но всё равно в таких условиях жизнь, вероятно, не может зародиться.

     На  ближайшей к Солнцу маленькой планете Меркурий ещё не побывали ни космонавты, ни автоматические станции. Но люди кое-что знают о ней благодаря исследованиям с Земли и с пролетавшего вблизи Меркурия американского аппарата «Маринер–10» (1974 и 1975 гг.). Условия там ещё хуже, чем на Луне. Атмосферы нет, а температура поверхности меняется от –170 до 450 °С. Под грунтом температура в среднем составляет около 80 °С, причём с глубиной она, естественно, возрастает.

     Венеру в недавнем прошлом астрономы считали почти точной копией молодой Земли. Строились догадки, что скрывается под её облачным слоем: тёплые океаны, папоротники, динозавры? Увы, из-за близости к Солнцу Венера совсем не похожа на Землю: давление атмосферы у поверхности этой планеты в 90 раз больше земного, а температура и днём, и ночью около 460 °С. Ходя на Венеру опустилось несколько автоматических зондов, поиском жизни они не занимались: трудно представить себе жизнь в таких условиях. Над поверхностью Венеры уже не так жарко: на высоте 55 км давление и температура такие же, как на Земле. Но атмосфера Венеры состоит из углекислого газа, к тому же в ней плавают облака из серной кислоты. Словом, тоже не лучшее место для жизни.

     Марс не без оснований считался пригодной для жизни планетой. Хотя климат там очень суровый (летним днём температура составляет около 0 °С, ночью –80 °С, а зимой доходит до –120 °С), но всё же это не безнадёжно плохо для жизни: существует же она в Антарктиде и на вершинах Гималаев. Однако на Марсе есть ещё одна проблема — крайне разряжённая атмосфера, в 100 раз менее плотная, чем на Земле. Она не спасает поверхность Марса от губительных ультрафиолетовых лучей Солнца и не позволяет воде находиться в жидком состоянии. На Марсе вода может существовать только в виде пара и льда. И она действительно там есть, во всяком случае в полярных шапках планеты. Поэтому с большим нетерпением все ждали результатов поисков марсианской жизни, предпринятых сразу же после первой удачной посадки на Марс в 1976 г. автоматических станций «Викинг–1 и –2». Но они всех разочаровали: жизнь не была обнаружена. Правда это был лишь первый эксперимент. Поиски продолжаются. 

     Климат  Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна  совершенно не соответствует нашим  представлениям о комфорте: очень  холодно, ужасный газовый состав (метан, аммиак, водород и т. д.), практически  нет твёрдой поверхности — лишь плотная атмосфера и океан жидких газов. Всё это очень непохоже на Землю. Однако в эпоху зарождения жизни и Земля была совсем не такой, как сейчас. Её атмосфера скорее напоминала венерианскую и юпитерианскую, разве что была теплее. Поэтому в ближайшее время непременно будет осуществлён поиск органических соединений в атмосфере планет-гигантов.

       «Семейство» спутников, астероидов  и ядер комет очень разнообразно  по своему составу. В него, с  одной стороны, входит огромный  спутник Сатурна Титан с плотной азотной атмосферой, а с другой — мелкие ледяные глыбы кометных ядер, большую часть времени проводящие на далёкой периферии Солнечной системы. Серьёзной надежды обнаружить жизнь на этих телах не было никогда, хотя исследование на них органических соединений как предшественников жизни представляет особый интерес. В последнее время внимание экзобиологов (специалистов по внеземной жизни) привлекает спутник Юпитера Европа. Под ледяной корой этого спутника должен быть океан жидкой воды. А где вода — там жизнь.

     В упавших на землю метеоритах иногда обнаруживают сложные органические молекулы. Сначала было подозрение, что они попадают в метеориты  из земной почвы, но теперь их внеземное  происхождение вполне надёжно доказано. Например, упавший в Австралии в 1972 г. метеорит Мерчисон был подобран уже на следующее утро. В его веществе нашли 16 аминокислот — основных строительных блоков животных и растительных белков, причём лишь 5 из них присутствуют в земных организмах, а остальные 11 на Земле редки. К тому же среди аминокислот метеорита Мерчисон в равных долях присутствуют левые и правые молекулы (зеркально симметричные друг другу), тогда как в земных организмах — в основном левые. Кроме того в молекулах метеорита изотопы углерода 12С и 13С представлены в иной пропорции, чем на Земле. Это, бесспорно, доказывает, что аминокислоты, а также гуанин и аденин — составные части молекул ДНК и РНК, могут самостоятельно формироваться в космосе.

     Итак, пока в Солнечной системе нигде  кроме Земли, жизнь не обнаружена. Учёные не питают на этот счёт больших надежд; скорее всего Земля окажется единственной живой планетой. Например, климат Марса в прошлом был более мягким, чем сейчас. Жизнь могла там зародиться и продвинуться до определённой ступени. Есть подозрение, что среди попавших на Землю метеоритов некоторые являются древними осколками Марса; в одном из них обнаружены странные следы, возможно принадлежащие бактериям. Это ещё предварительные результаты, но даже они привлекают интерес  к Марсу.

     Глава III

     Условия жизни в космосе.

     В космосе мы встречаем широкий  спектр физических условий: температура  вещества меняется от 3—5 К до 107—108 К, а плотность — от 10-22 до 1018 кг/см. Среди столь большого разнообразия нередко удаётся обнаружить места (например, межзвёздные облака), где один из физических параметров с точки зрения земной биологии благоприятствует развитию жизни. Но лишь на планетах могут совпасть все параметры, необходимые для жизни.

     Планеты должны быть не меньше Марса, чтобы  удержать у своей  поверхности  воздух и пары воды, но и не такими огромными, как Юпитер и Сатурн, протяжённая атмосфера которых не пропускает солнечные лучи к поверхности. Одним словом, планеты типа Земли, Венеры, возможно, Нептуна и Урана при благоприятных обстоятельствах могут стать колыбелью жизни. А обстоятельства эти довольно очевидны: стабильное излучение звезды; определённое расстояние от планеты до светила, обеспечивающее комфортную для жизни температуру; круговая форма орбиты планеты, возможная лишь в окрестностях уединённой звезды (т. е. одиночной или компонента очень широкой двойной системы). Это главное. Часто ли в космосе встречается совокупность подобных условий?

     Одиночных звёзд довольно много — около  половины звёзд Галактики. Из них  около 10% сходны с Солнцем по температуре  и светимости. Правда, далеко не все они также спокойны, как наша звезда, но приблизительно каждая десятая похожа на Солнце и в этом отношении. Наблюдения последних лет показали, что планетные системы, вероятно, формируются у значительной части звёзд умеренной массы. Таким образом, Солнце с его планетной системой должны напоминать около 1% звёзд Галактики, что не так уж мало — миллиарды звёзд. 

     В конце 50-х гг. XX столетия американские биофизики Стэнли Миллер, Хуан Оро, Лесли Оргел в лабораторных условиях имитировали первичную атмосферу планет (водород, метан, аммиак, сероводород, вода). Колбы с газовой смесью они освещали ультрафиолетовыми лучами и возбуждали искровыми разрядами (на молодых планетах активная вулканическая деятельность должна сопровождаться сильными грозами). В результате из простейших веществ очень быстро формировались любопытные соединения, например 12 из 20 аминокислот, образующих все белки земных организмов, и 4 из 5 оснований, образующих молекулы РНК и ДНК. Разумеется, это лишь самые элементарные «кирпичики», из которых по очень сложным правилам построены земные организмы. До сих пор непонятно, как эти правила были выработаны и закреплены природой в молекулах РНК и ДНК.

     Биологи не видят иной основы для жизни, кроме  органических молекул — биополимеров. Если для некоторых из них, например молекулы ДНК, важнейшей является последовательность звеньев-мономеров, то для большинства других молекул — белков и в особенности ферментов — важнейшей является их пространственная форма, которая очень чувствительна к окружающей температуре. Стоит повыситься температуре, как белок денатурируется — теряет свою пространственную конфигурацию, а вместе с ней и биологические свойства. У земных организмов это происходит при температуре около 60 °С. При 100—120 °С разрушаются практически все земные формы жизни. К тому же универсальный растворитель — вода — при таких условиях превращается в атмосфере Земли в пар, а при температуре  менее 0 °С — в лёд. Следовательно, можно считать, что благоприятный для возникновения диапазон температур — 0—100 °С.