Карел Пацнер
Търсим космически цивилизации (18)

Мистерия в далечните облаци

„Стигнах до извода, че животът не изисква толкова благопрятно място като нашата планета — съобщи през 1968 г. д-р Дейвид Сюдбек, астрофизик от Калифорнийския университет. — Поне за сложните молекули това не е необходимо. Аз не съм биохимик, но въпреки това смятам, че животът се нуждае именно от сложни молекули, източник на енергия и пространство, където би могъл да се освободи от излишната енергия, някаква «енергетична мивка». Може би един биохимик ще ми се изсмее. И все пак мисля, че е така. Вселената притежава забележителната особеност, че навсякъде в нея има много енергетични източници и «мивки». Навсякъде може лесно да се намери енергетичен източник — например неподвижните звезди — и място за енергетични отпадъци — космическото пространство.“

От гледна точка на физиката органичният живот е всъщност термодинамичен процес. Той приема енергия, използува част от нея и изхвърля остатъка под формата на излишна топлина. А според втория закон на термодинамиката този процес е толкова по-ефективен, колкото по-голяма е разликата между температурата на средата, от която черпи енергия, и температурата на средата, в която изразходва енергия.

Биолозите доказват, че почти всички форми на живот се нуждаят от температура, по-висока от точката на замръзването, за да могат да съществуват. Калифорнийският учен приема твърдението с една уговорка.

— Това условие важи и за Земята. Но не съм убеден, че е необходимо за живота изобщо …

Сложните органични вещества възникват в резултат иа безбройни сблъсъци между молекулите на простите вещества, при което тези частици освобождават част от своята енергия.

„Такива реакции са трудно осъществими в тримерното пространство — казва д-р Сюдбек. — Молекулите се образуват много по-лесно в двумерното пространство на повърхността на зрънцата прах. Изчисленията показват, че когато в пространството се създават определени материални структури, те често не могат да освободят енергия и отново се разпадат. Но биха могли лесно да се освободят от излишната енергия, като я предадат на прашинките чрез вибрация. Ако в пространството съществуват сложни молекули, ние можем да ги открием единствено на повърхността на междузвездните прашинки.“

Д-р Сюдбек обяснява логично тази хипотеза. Част от светлината, насочена от Космоса към Земята, се поглъща от междузвездната материя. Абсорбцията й не може да се обясни с въздействието на атомите или на едноклетъчните молекули. Някои светлинни лъчи с определена дължина на вълната могат да бъдат погълнати единствено от сложните молекули.

Това твърдение беше едно от няколкото течения, които в края на 60-те години предизвикаха революция в представите за строежа на междузвездното пространство.

През миналия век много физици смятаха, че Космосът е изпълнен с етер — безтегловно вещество, което улеснява разпространението на светлината, както въздухът улеснява разпространението на звука. По-късно се установи, че това пространство е изпълнено с междузвездна материя — прах и газове, които не светят и затова е трудно да се наблюдават. С течение на времето се оказа, че особено прахът поглъща светлината на звездите и че образува огромни облаци. Облаците прах, които отразяват светлината на звездите, се наричат светещи мъглявини. Газообразните мъглявини, които всъщност са смес на водород, натрий, калий, калций и титан, излъчват собствена светлина. Астрономите следят оптически не само мъглявините, но и междузвездния прах и газ — според това, доколко тези частици засенчват дадена звезда. По този начин с помощта на радиотелескоп вече години наред излъчването на водорода се приема на вълна 21 сантиметра.

Но в началото на 50-те години проф. Шкловски постави въпросите: Защо можем да наблюдаваме радиоастрономично единствено водорода? Нима в междузвездното пространство не могат да съществуват и други вещества, които излъчват или поглъщат енергия? Или пък това се дължи на несъвършенството на нашите телескопи?

Американските специалисти се съгласиха с него. Но преди да се опитаме да уловим радиоизлъчване на други вещества от Космоса, трябва да установим с какво ще се характеризира всяко съединение. Има две възможности: или да изчислим теоретично характеристиката на молекулите на различните вещества, което дори и при помощта на компютрите ще трае дълги години, или лабораторно да изготвим евентуалните вещества и след това да изследваме какви дължини на вълната поглъщат или излъчват.

Проф. Чарлз Таунс, лауреат на Нобелова награда за откриването на лазера и директор на радиофизическата лаборатория при Калифорнийския университет в Бъркли, избра втория път. Публикуваните през 1955 г. резултати не бяха много радващи. Наистина, в междузвездното пространство може би съществуват много сложни вещества… Само че ние можем да ги идентифицираме единствено в зоната на сантиметровите и милиметровите вълни. А това ще е доста трудно. Докато не е задължително повърхността на радиотелескоп, работещ на дециметрови вълни, да бъде абсолютно гладка, за по-малки дължини на вълните чашите на антените, понякога с диаметър над 40 м, трябва да са направени с точност до части от милиметъра.

Експериментите обаче показаха, че хидроксилът, най-елементарното съединение на кислорода и водорода, може да се регистрира и със сегашната техника. Това вещество трябва да излъчва на вълна 18 см — с 3 см по-ниско от водорода.

Няколко групи астрофизици започнаха търсенето — в началото без никакъв успех. Едва през 1963 г. групата на д-р Сандър Уайнреб от Масачузетския технологически институт в Кембридж открива хидроксил на фона на силния радиоизточник Касиопея. А с помощта на 25-метров телескоп те установиха, че това вещество поглъща излъчване. Скоро от Калифорнийския университет пристигна една изумителна новина. Елена Гундерман със сътрудниците си откри силно излъчване на вълна 18 см от галактичния радиоизточник W 49. Не може да бъде хидроксил — веднага реагираха астрономите, — излъчването е прекалено силно за него. Сигурно сме открили някакво неизвестно досега вещество… Ето защо временно го нарекоха мистерий. По-нататъшните изследвания показаха, че това все пак е хидроксил, само че неговите съставни части — кислород и водород — са възникнали в много рядка среда, непозната в земни условия. Затова и самото съединение изглежда така необикновено.

През следващите пет години никой не потърси ново вещество във Вселената. Всички се готвеха за ново настъпление. Инженерите и техниците строяха радиотелескопи за по-малки дължини на вълните, усъвършенствуваха усилвателите и компютрите…

И точно когато бяха пуснати в действие първите нови апаратури, д-р Сюдбек изложи хипотезата за създаването на сложни органични молекули в пространството. И някои други астрофизици започнаха да приемат тази идея.

През 1968 г. проф. Таунс направи нова серия открития. Групата на Таунс работи с нов радиотелескоп с диаметър 610 см в Рединг, на западното крайбрежие. През декември 1968 г. откриха амоняк в зоната 1,25 см в съзвездието Стрелец. Според Таунс това е доказателство, че молекулите са всеобщо явление и се срещат навсякъде и в междузвездното пространство, така че ще има още много друга открития. Един месец по-късно на същата вълна калифорнийските учени откриха и вода в мъглявината Орион. Радиоастрономите се шегуват, че в междузвездното пространство вали дъжд.

Двете известия на Таунс потвърждават хипотезата на Сюдбек. Наличието на амоняк и водни пари в междузвездното пространство е пряко свидетелство, че там има и по-сложни вещества.

Да, в пространството има такива вещества! Ние намерихме формалдехид, първото органично вещество от космически произход — отбелязаха през март 1969 г. д-р Дейвид Бул и д-р Люис Снайдър от Националната радиоастрономическа обсерватория в Грийн Банк. С помощта на колегите си д-р Бенджамин Цукерман от Мерилендския университет и д-р Патрик Палмър от Чикагския университет те намират формалдехид благодарение на 43-метровия радиотелескоп в Грийн Банк на вълна 6,2 см. Постепенно те идентифицират това вещество на 15 места в Галактиката. Скоро откритието се потвърди и от други обсерватории.

Това беше голям шок. Макар съществуването на сложни молекули във Вселената да се очакваше, някои специалисти не искаха да го повярват. То прекалено много противоречеше на всички досегашни представи и никой не очакваше, че първото вещество ще бъде открито така лесно и бързо. Изнена-даха се не само астрономите, но преди всичко биолозите и биохимиците. Огромните облаци от формалдехид, от които трябва да са образувани спиралните рамена на Млечния път, изведнъж срутиха всички досегашни представи за изключителността на живота на Земята.

Много обсерватории започнаха да търсят нови органични вещества. Но във втората половина на 1969 г. и началото на следващата щастието им измени. Картата на Млечния път се изпълни само с нови облаци формалдехид. През пролетта на 1970 г. сътрудниците от лабораторията на фирмата Бел инсталираха нов усилвател в Националната радиоастрономическа обсерватория в Аризонския Кит Пийк. И на 4 април специалистите д-р Пензиас и д-р Уилсън успяха да открият първо въглероден окис, а след това — и циан. В това време Бул и неговите колеги се съветваха с химици, физици и екзобиолози. Те искаха да си изяснят значението на своето откритие и обобщят условията, при които да продължат своите изследвания. „Във Вселената могат да съществуват и сложни аминокиселини, чието наличие е трудно да се докаже“ — твърди физико-химикът Снайдър. Пред астрохимиците изникна цяла редица въпроси. Как се образува формалдехидът в междузвездното пространство? Къде възникват — на повърхността на частиците от мъглявината или направо в пространството — реакции, които протичат в изключително сурови условия — студ около 250° и ниска гъстота, където на 1 куб.см се падат по-малко от 10 молекули?

Палмър изказа предположение, че междузвездна химична реакция протича при сблъскването на мъглявините един път на милион години, а д-р Б. Дън е на мнение, че тези процеси са резултат от излъчването на най-близките звезди.

През юни 1970 г. групата на Бул се върна в Кит Пийк. На 15 юни те откриха лек, а по-късно и тежък циановодород в пространството. Една седмица след това д-р Б. Търнър от Грийн Банк откри цианоацетилен.

Откритията следваха едно след друго: метилов алкохол, мравчена киселина, бис-пиридилмагнезийтетрабензопорфин, ацеталдехид, силиций… Днес вече знаем около 50 междузвездни вещества, три четвърти от които са органични, някои значително сложни, дори седематомни. И много от тях участвуват в състава на „предбиологичната супа“. Наистина методите за идентифициране не изключват и опасността от грешки, но това не оказва съществено влияние върху цялата серия от открития.

„Химията на Космоса изглежда необикновена — каза след откриването на формалдехида д-р Дън. — Но в действителност необикновена е земната химия.“

Следващите открития само подвърдиха това. Саган и д-р Н. Кеър предполагат, че ултравиолетовите и космичните лъчи непрекъснато въздействуват на молекулите на амоняка, водата, формалдехида, циановодорода и метана така, че се създават и много сложни вещества като висшите алдехидн и захарите. Това се потвърждава и от експериментите на д-р Гоуст Уолин и д-р Дейвид Ериксън от Колумбийския университет в Ню Йорк. На 29. X. 1871 г. в сп. „Нейчър“ бе поместена тяхната статия „Аминокиселини, синтезирани от газове, намерени в междузвездното пространство“. Двамата биохимици използуваха класически методи за моделиране възникването на живота на едноклетъчните аминокиселини от първични органични вещества. Те напълват голяма епруветка с пари на амоняк, метилов алкохол, мравчена киселина и формалдехид и я облъчват с ултравиолетови лъчи. Макар че при този процес за първи път се изключва влиянието на водата, след 25 дни в епруветката се образуват редица аминокиселини. „Предвид на това, че в междузвездното пространство бяха намерени амоняк, метилов алкохол, мравчена киселина и формалдехид, нашите открития подкрепят идеята, че аминокиселините могат да се създават в пространството и без вода — пишат двамата американски учени в «Нейчър». — Въпреки че ни липсват убедителни доказателства за наличието на каквито и да е местни биологични вещества на лунната повърхност, нашите заключения дават основание да се смята, че на Луната могат да се образуват аминокиселини. Макар че условията на нашите експерименти се различават от условията в междупланетното пространство и на Луната, ние вярваме, че нашите открития могат да послужат на междузвездната химия…“

По друг повод те споделят: „Получените резултати за първи път показват, че аминокиселините могат да се получат при експеримент, чиито всички реакции преднамерено се осъществяват в газообразна среда. Естествено, гъстотата на газовете, които използувахме в лабораторията, беше много по-висока от гъстотата на междузвездните облаци. Вместо за няколко дни подобна реакция във Вселената трае може би хиляди години, но важното е, че може да протече с газове, както в нашия случай.“

Засега астрономите не са открили в междузвездното пространство аминокиселините, които се получиха при експеримента в Колумбийския университет. Това обаче не означава, че не съществуват. Възможно е те да се откриват трудно. Не е изключено радиотелескопите да са слабо чувствителни и едва след усъвършенствуването на тези апарати и методите на търсене да регистрираме този основен градивен материал на живата материя.

Но органичните вещества в междузвездното пространство имат кратък живот. Доказва се от изчисленията на няколко групи специалисти. Ултравиолетовото излъчване всъщност не само помага на простите молекули да се свързват в по-сложни вериги, но след 5–100 години отново ги унищожава и под неговото въздействие те се разпадат. Това може да означава, че органичните вещества във Вселената непрекъснато възникват и в същото време непрекъснато загиват. Само молекулите на въглеродния окис просъществуват хиляда години на едно място. Но радиоастрономите възразяват, че формалдехидът се съсредоточава преди всичко в огромни мъглявини. А прашинките от мъглявините могат да поглъщат ултравиолетовото излъчване на звездите, което въздействува неблагоприятно. Дали това не обяснява защо ги намираме точно в облаците от междузвезден прах? Планетните мъглявини са основна съставна част на междузвездната материя. В нашата Галактика те заемат приблизително 5–10 на сто от обема й. Интересно е, че откритите досега органични молекули се срещат там, където според сегашните ни представи се създават младите звезди. Дали това не повишава възможността за възникване на живот в много части от космическото пространство.

„Съществуването на малки комплекси от органични молекули в междузвездното пространство дава основание да се предполага, че такива молекули могат да бъдат свързани по някакъв начин с биологични процеси, протичащи някъде другаде — писа Саган на 14 юли 1962 г. в «Нейчър». — Има две основни възможности: първо, тези молекули да бъдат опора на междузвездната биологична материя или да са неин метаболитен продукт; второ, молекулите, участвуващи при сгъстяването на планетите от междузвездната материя, могат да имат голямо значение за възникването на планетния живот…“

Саган пръв обръща внимание на факта, че нямаме никакви доказателства за съществуването на междузвездни организми. След това той конструира няколко вида хипотетични междузвездни организми и започна да разсъждава над условията им за живот. Във връзка с известни химични и физични закони и кратката времетрайност на междузвездните мъглявини американският специалист предполага, че дори и микроорганизмите не биха имали време и условия да се развият.

„Но има още една възможност. Организмите биха могли да възникват в много гъсти облаци или на планети, или спътници с по-малка плътност, където изпаряването на атмосферата позволява постепенна адаптация на местните организми към междузвездните условия; а те пък могат да се върнат в между-звездното пространство по начина, който посочихме преди това за зрънцето…“ При разбора на второто потенциално влияние Саган се базира на известните досега данни за възникването на нашата планетна система, когато новите небесни тела са минали през родилните мъки на огромното налягане, температури, скорости и други процеси. И той отново стига до отрицателен извод: „Участието на междузвездните органични молекули в решаване на биологичните проблеми не е основно, но е аналогично. Междузвездната среда разкрива протичането на химичните процеси, които са довели до възникването на живота на Земята, а вероятно и на огромен брой планети във Вселената, но в действителност молекулите междузвездна материя не са играли никаква съществена биологична роля…“

Дейвид Бул е на друго мнение: „Кондензацията на звездите, сгъстяването на праха и отделните молекули в планети и атмосфера и дори по-късното възникване на живота е може би само част от един астрономически развоен цикъл в огромните пространства на Вселената.“