Paradoks Fermiego po fali odkryć egzoplanet

W galaktyce RX J1131-1231 zespół astrofizyków z Uniwersytetu Oklahomy odkrył pierwszą znaną grupę planet poza Drogą Mleczną. Obiekty „śledzone” techniką mikrosoczewkowania grawitacyjnego mają różne masy – od księżycowej po Jowiszową. Czy to odkrycie czyni paradoks Fermiego bardziej paradoksalnym?

W naszej galaktyce jest mniej więcej tyle samo gwiazd (100-400 miliardów), mniej więcej tyle samo galaktyk w widzialnym wszechświecie – więc na każdą gwiazdę w naszej rozległej Drodze Mlecznej przypada cała galaktyka. Ogólnie od 10 lat²² do 10²⁴ gwiazdy. Naukowcy nie mają zgody co do tego, ile gwiazd jest podobnych do naszego Słońca (tj. podobnych pod względem wielkości, temperatury, jasności) - szacunki wahają się od 5% do 20%. Wzięcie pierwszej wartości i wybranie najmniejszej liczby gwiazdek (10²²), otrzymujemy 500 bilionów lub miliard miliardów gwiazd takich jak Słońce.

Według badań i szacunków PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) co najmniej 1% gwiazd we wszechświecie krąży wokół planety zdolnej do podtrzymania życia – mówimy więc o liczbie 100 miliardów miliardów planet o podobnych właściwościach. Do ziemi. Jeżeli założymy, że po miliardach lat istnienia tylko 1% planet na Ziemi będzie rozwijać życie, a 1% z nich będzie miało życie ewolucyjne w formie inteligentnej, oznaczałoby to, że istnieje jedna planeta bilardowa z inteligentnymi cywilizacjami w widzialnym wszechświecie.

Jeśli mówimy tylko o naszej galaktyce i powtarzamy obliczenia, zakładając dokładną liczbę gwiazd w Drodze Mlecznej (100 miliardów), dochodzimy do wniosku, że w naszej galaktyce jest prawdopodobnie co najmniej miliard planet podobnych do Ziemi. i 100 XNUMX. inteligentne cywilizacje!

Niektórzy astrofizycy oceniają, że ludzkość stanie się pierwszym gatunkiem zaawansowanym technologicznie na 1 do 10.²²to znaczy pozostaje nieistotny. Z drugiej strony wszechświat istnieje od około 13,8 miliarda lat. Nawet jeśli cywilizacje nie pojawiły się w ciągu pierwszych kilku miliardów lat, było jeszcze dużo czasu, zanim to zrobiły. Nawiasem mówiąc, gdyby po ostatecznej eliminacji w Drodze Mlecznej istniało „tylko” tysiąc cywilizacji i istniałyby one mniej więcej w tym samym czasie co nasza (do tej pory około 10 XNUMX lat), to najprawdopodobniej już zniknęły, wymieranie lub gromadzenie innych niedostępnych dla rozwoju naszego poziomu, o czym będzie mowa później.

Zauważ, że nawet „równocześnie” istniejące cywilizacje komunikują się z trudnością. Choćby z tego powodu, że gdyby było tylko 10 tysięcy lat świetlnych, zajęłoby im 20 tysięcy lat świetlnych, aby zadać pytanie, a następnie odpowiedzieć na nie. lat. Patrząc na historię Ziemi nie można wykluczyć, że w takim okresie cywilizacja może powstać i zniknąć z powierzchni…

Równanie tylko z niewiadomych

Próbując ocenić, czy obca cywilizacja może rzeczywiście istnieć, Frank Drake w latach 60. zaproponował słynne równanie – formułę, której zadaniem jest „memanologiczne” określenie istnienia inteligentnych ras w naszej galaktyce. Posługujemy się tu terminem ukutym wiele lat temu przez Jana Tadeusza Stanisławskiego, satyryka, autora radiowych i telewizyjnych „wykładów” na temat „manologii stosowanej”, bo to słowo wydaje się właściwe dla tych rozważań.

według Równanie Drake'a – N, liczba cywilizacji pozaziemskich, z którymi ludzkość może się komunikować, jest iloczynem:

R_* to tempo powstawania gwiazd w naszej Galaktyce;

f_p to odsetek gwiazd z planetami;

n_e to średnia liczba planet w ekosferze gwiazdy, tj. takich, na których może powstać życie;

f_l to odsetek planet w strefie nadającej się do zamieszkania, na których powstanie życie;

f_i to odsetek zamieszkałych planet, na których życie rozwinie inteligencję (tj. stworzy cywilizację);

f_c - odsetek cywilizacji, które chcą komunikować się z ludzkością;

L to średni czas życia takich cywilizacji.

Jak widać, równanie składa się z prawie wszystkich niewiadomych. Wszak nie znamy ani średniego czasu istnienia cywilizacji, ani odsetka tych, którzy chcą się z nami skontaktować. Podstawiając niektóre wyniki do równania „mniej więcej”, okazuje się, że w naszej galaktyce mogą istnieć setki, jeśli nie tysiące takich cywilizacji.

Równanie Drake'a i jego autor

Ziemia rzadka i źli kosmici

Nawet zastępując konserwatywne wartości składowymi równania Drake'a, otrzymujemy potencjalnie tysiące cywilizacji podobnych do naszej lub bardziej inteligentnych. Ale jeśli tak, to dlaczego się z nami nie skontaktują? To tak zwane Paradoks Fermiego. Ma wiele „rozwiązań” i wyjaśnień, ale przy obecnym stanie techniki – a nawet więcej niż pół wieku temu – wszystkie są jak domysły i strzelanie na ślepo.

Na przykład ten paradoks jest często wyjaśniany hipoteza ziem rzadkichże nasza planeta jest wyjątkowa pod każdym względem. Ciśnienie, temperatura, odległość od Słońca, nachylenie osi lub pole magnetyczne chroniące przed promieniowaniem są wybierane tak, aby życie mogło rozwijać się i ewoluować tak długo, jak to możliwe.

Oczywiście odkrywamy coraz więcej egzoplanet w ekosferze, które mogą być kandydatami na planety nadające się do zamieszkania. Niedawno znaleziono je w pobliżu najbliższej nam gwiazdy - Proxima Centauri. Może jednak mimo podobieństw, „drugie Ziemie” znalezione wokół obcych słońc nie są „dokładnie takie same” jak nasza planeta i tylko w takiej adaptacji może powstać dumna cywilizacja technologiczna? Być może. Jednak wiemy, nawet patrząc na Ziemię, że życie kwitnie w bardzo „nieodpowiednich” warunkach.

Oczywiście jest różnica między zarządzaniem i budowaniem Internetu a wysyłaniem Tesli na Marsa. Problem wyjątkowości można by rozwiązać, gdybyśmy znaleźli gdzieś w kosmosie planetę dokładnie taką jak Ziemia, ale pozbawioną cywilizacji technologicznej.

Wyjaśniając paradoks Fermiego, mówi się czasem o tzw źli kosmici. Jest to rozumiane na różne sposoby. Czyli ci hipotetyczni kosmici mogą być "złośliwi", że ktoś chce im przeszkadzać, interweniować i przeszkadzać - więc izolują się, nie reagują na zadziory i nie chcą mieć z nikim nic wspólnego. Istnieją również fantazje o „naturalnie złych” kosmitach, które niszczą każdą napotkaną cywilizację. Sami bardzo zaawansowani technologicznie nie chcą, aby inne cywilizacje skoczyły do ​​przodu i stały się dla nich zagrożeniem.

Warto też pamiętać, że życie w kosmosie podlega różnym katastrofom, które znamy z historii naszej planety. Mowa o zlodowaceniach, gwałtownych reakcjach gwiazdy, bombardowaniu przez meteory, asteroidy czy komety, zderzeniach z innymi planetami czy nawet o promieniowaniu. Nawet jeśli takie wydarzenia nie wysterylizują całej planety, mogą być końcem cywilizacji.

Ponadto niektórzy nie wykluczają, że jesteśmy jedną z pierwszych cywilizacji we wszechświecie – jeśli nie pierwszą – i że nie rozwinęliśmy się jeszcze na tyle, aby móc nawiązać kontakt z mniej zaawansowanymi cywilizacjami, które powstały później. Gdyby tak było, to problem poszukiwania inteligentnych istot w przestrzeni pozaziemskiej nadal byłby nie do rozwiązania. Co więcej, hipotetyczna „młoda” cywilizacja nie mogła być od nas młodsza tylko o kilkadziesiąt lat, aby móc kontaktować się z nią zdalnie.

Okno również nie jest za duże z przodu. Technologia i wiedza tysiącletniej cywilizacji mogły być dla nas równie niezrozumiałe, jak dzisiaj dla człowieka z wypraw krzyżowych. O wiele bardziej zaawansowane cywilizacje byłyby jak nasz świat dla mrówek w przydrożnym mrowisku.

Spekulacyjny tzw Skala Kardaszewoktórych zadaniem jest określenie hipotetycznych poziomów cywilizacji według ilości zużywanej przez nie energii. Według niej nie jesteśmy jeszcze nawet cywilizacją. typ I, czyli taki, który opanował umiejętność korzystania z zasobów energetycznych własnej planety. Cywilizacja typ II w stanie wykorzystać całą energię otaczającą gwiazdę, na przykład za pomocą struktury zwanej „sferą Dysona”. Cywilizacja typ III Zgodnie z tymi założeniami oddaje całą energię galaktyki. Pamiętaj jednak, że ta koncepcja została stworzona jako część niedokończonej cywilizacji I poziomu, która do niedawna była raczej błędnie przedstawiana jako cywilizacja typu II, aby zbudować sferę Dysona wokół swojej gwiazdy (anomalie światła gwiazd). KIK 8462852).

Gdyby istniała cywilizacja typu II, a tym bardziej III, na pewno byśmy ją zobaczyli i nawiązali z nami kontakt – niektórzy z nas tak sądzą, argumentując dalej, że skoro nie widzimy ani w inny sposób nie poznajemy tak zaawansowanych kosmitów, to oni po prostu nie istnieją. . Inna szkoła wyjaśniania paradoksu Fermiego mówi jednak, że cywilizacje na tych poziomach są dla nas niewidoczne i nierozpoznawalne – nie mówiąc już o tym, że zgodnie z hipotezą kosmicznego zoo nie zwracają uwagi na tak słabo rozwinięte stworzenia.

Po testach czy przed?

Oprócz wnioskowania o wysoko rozwiniętych cywilizacjach, paradoks Fermiego jest czasem wyjaśniany pojęciami: filtry ewolucyjne w rozwoju cywilizacji. Według nich istnieje etap w procesie ewolucji, który wydaje się niemożliwy lub bardzo nieprawdopodobny dla życia. Nazywa się to Świetny filtr, który jest największym przełomem w historii życia na planecie.

Jeśli chodzi o nasze ludzkie doświadczenia, nie wiemy dokładnie, czy jesteśmy za, przed, czy w środku wielkiej filtracji. Jeśli udało nam się pokonać ten filtr, mógł on stanowić barierę nie do pokonania dla większości form życia w znanej przestrzeni, a my jesteśmy wyjątkowi. Filtracja może zachodzić od samego początku, na przykład podczas transformacji komórki prokariotycznej w złożoną komórkę eukariotyczną. Gdyby tak było, życie w kosmosie mogłoby być nawet całkiem zwyczajne, ale w postaci komórek bez jąder. Może po prostu jako pierwsi przechodzimy przez Wielki Filtr? To sprowadza nas z powrotem do wspomnianego już problemu, a mianowicie trudności w porozumiewaniu się na odległość.

Jest też opcja, że ​​jeszcze przed nami przełom w rozwoju. Nie było wtedy mowy o sukcesie.

To wszystko są wysoce spekulacyjne względy. Niektórzy naukowcy oferują bardziej przyziemne wyjaśnienia braku obcych sygnałów. Alan Stern, główny naukowiec New Horizons, mówi, że paradoks można rozwiązać w prosty sposób. gruba lodowa skorupaktóry otacza oceany na innych ciałach niebieskich. Naukowiec wyciąga ten wniosek na podstawie ostatnich odkryć w Układzie Słonecznym: oceany ciekłej wody leżą pod skorupami wielu księżyców. W niektórych przypadkach (Europa, Enceladus) woda wchodzi w kontakt z glebą skalistą i odnotowuje się tam aktywność hydrotermalną. Powinno to przyczynić się do powstania życia.

Gruba lodowa skorupa może chronić życie przed wrogimi zjawiskami w kosmosie. Mowa tu m.in. o silnych rozbłyskach gwiezdnych, uderzeniach asteroid czy promieniowaniu w pobliżu gazowego giganta. Z drugiej strony może stanowić barierę rozwoju trudną do pokonania nawet dla hipotetycznego inteligentnego życia. Takie cywilizacje wodne mogą w ogóle nie znać żadnej przestrzeni poza grubą lodową skorupą. Trudno nawet marzyć o wyjściu poza jego granice i środowisko wodne – byłoby to o wiele trudniejsze niż nam, dla których kosmos poza atmosferą ziemską też nie jest zbyt przyjaznym miejscem.

Czy szukamy życia lub odpowiedniego miejsca do życia?

W każdym razie my, Ziemianie, musimy też pomyśleć o tym, czego tak naprawdę szukamy: o samym życiu lub miejscu odpowiednim do życia takiego jak nasze. Zakładając, że nie chcemy z nikim toczyć kosmicznych wojen, to dwie różne rzeczy. Planety, które są zdolne do życia, ale nie posiadają zaawansowanych cywilizacji, mogą stać się obszarami potencjalnej kolonizacji. A takich obiecujących miejsc znajdujemy coraz więcej. Możemy już używać narzędzi obserwacyjnych, aby określić, czy planeta znajduje się na tzw. orbicie. strefa życia wokół gwiazdyczy jest kamienista i ma temperaturę odpowiednią dla wody w stanie ciekłym. Już niedługo będziemy mogli wykryć, czy rzeczywiście jest tam woda i określić skład atmosfery.

Strefa życia wokół gwiazd w zależności od ich wielkości i przykładów egzoplanet podobnych do Ziemi (współrzędna pozioma - odległość od gwiazdy (JA); współrzędna pionowa - masa gwiazdy (względem Słońca)).

W zeszłym roku, używając instrumentu ESO HARPS i wielu teleskopów na całym świecie, naukowcy odkryli egzoplanetę LHS 1140b jako najbardziej znaną kandydatkę na życie. Krąży wokół czerwonego karła LHS 1140, 18 lat świetlnych od Ziemi. Astronomowie szacują, że planeta ma co najmniej pięć miliardów lat. Doszli do wniosku, że ma średnicę prawie 1,4 1140. km - czyli XNUMX razy więcej niż Ziemia. Badania masy i gęstości LHS XNUMX b wykazały, że jest to prawdopodobnie skała z gęstym żelaznym rdzeniem. Brzmi znajomo?

Nieco wcześniej stał się sławny system siedmiu planet podobnych do Ziemi wokół gwiazdy. PUŁAPAK-1. Są one oznaczone literami od „b” do „h” w kolejności odległości od gwiazdy macierzystej. Analizy przeprowadzone przez naukowców i opublikowane w styczniowym numerze Nature Astronomy sugerują, że ze względu na umiarkowane temperatury powierzchni, umiarkowane ogrzewanie pływowe i wystarczająco niski strumień promieniowania, który nie prowadzi do efektu cieplarnianego, najlepszymi kandydatami na planety nadające się do zamieszkania są „e ” przedmioty i „e”. Możliwe, że pierwszy obejmuje cały ocean wodny.

Planety systemu TRAPPIST-1

Odkrycie warunków sprzyjających życiu wydaje się więc już w naszym zasięgu. Zdalne wykrywanie samego życia, które wciąż jest stosunkowo proste i nie emituje fal elektromagnetycznych, to zupełnie inna historia. Jednak naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego opracowali nową metodę uzupełniającą od dawna proponowane poszukiwanie dużych liczb. tlen w atmosferze planety. Dobrą rzeczą w koncepcji tlenu jest to, że trudno jest wyprodukować duże ilości tlenu bez życia, ale nie wiadomo, czy całe życie wytwarza tlen.

„Biochemia produkcji tlenu jest złożona i może być rzadka”, wyjaśnia Joshua Crissansen-Totton z University of Washington w czasopiśmie Science Advances. Analizując historię życia na Ziemi, udało się zidentyfikować mieszaninę gazów, których obecność wskazuje na istnienie życia w taki sam sposób, jak tlen. Mówiąc o mieszanina metanu i dwutlenku węgla, bez tlenku węgla. Dlaczego nie ostatni? Faktem jest, że atomy węgla w obu cząsteczkach reprezentują różne stopnie utlenienia. Bardzo trudno jest uzyskać odpowiedni poziom utlenienia w procesach niebiologicznych bez jednoczesnego powstawania tlenku węgla za pośrednictwem reakcji. Jeśli na przykład źródło metanu i CO₂ w atmosferze są wulkany, nieuchronnie towarzyszyć im będzie tlenek węgla. Ponadto gaz ten jest szybko i łatwo wchłaniany przez mikroorganizmy. Ponieważ jest obecny w atmosferze, raczej należy wykluczyć istnienie życia.

Na 2019 r. NASA planuje wystartować Kosmiczny Teleskop Jamesa Webbaktóry będzie w stanie dokładniej badać atmosfery tych planet pod kątem obecności cięższych gazów, takich jak dwutlenek węgla, metan, woda i tlen.

Pierwsza egzoplaneta została odkryta w latach 90-tych. Od tego czasu potwierdziliśmy już prawie 4. egzoplanety w około 2800 układach, w tym około dwudziestu, które wydają się potencjalnie nadające się do zamieszkania. Opracowując lepsze instrumenty do obserwacji tych światów, będziemy mogli dokonywać bardziej świadomych przypuszczeń na temat panujących tam warunków. A co z tego wyniknie, dopiero się okaże.