Fermi-paradoxen efter en våg av upptäckter av exoplaneter

I galaxen RX J1131-1231 har ett team av astrofysiker från University of Oklahoma upptäckt den första kända gruppen av planeter utanför Vintergatan. Objekt som "spåras" med hjälp av gravitationsmikrolinsteknik har olika massor, från månliknande till Jupiterliknande. Gör denna upptäckt Fermi-paradoxen mer paradoxal?

Det finns ungefär lika många stjärnor i vår galax (100-400 miljarder), ungefär lika många galaxer i det synliga universum – så det finns en hel galax för varje stjärna i vår stora Vintergatan. I allmänhet i 10 år²² till 10²⁴ stjärnor. Forskare har ingen konsensus om hur många stjärnor som liknar vår sol (dvs liknande i storlek, temperatur, ljusstyrka) - uppskattningar sträcker sig från 5 % till 20 %. Ta det första värdet och välja det minsta antalet stjärnor (10²²), får vi 500 biljoner eller en miljard miljarder stjärnor som solen.

Enligt forskning och uppskattningar från PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) kretsar minst 1% av stjärnorna i universum om en planet som kan försörja liv - så vi pratar om 100 miljarder miljarder planeter med egenskaper som liknar jorden. Om vi ​​antar att efter miljarder år av existens kommer endast 1% av jordlevande planeter att utveckla liv, och 1% av dem kommer att ha utvecklat liv i en intelligent form, skulle detta innebära att det finns en biljardplanet med intelligenta civilisationer i det synliga universum.

Om vi ​​bara talar om vår galax och upprepar beräkningarna, med antagande av det exakta antalet stjärnor i Vintergatan (100 miljarder), drar vi slutsatsen att det förmodligen finns minst en miljard jordliknande planeter i vår galax. och 100 XNUMX. intelligenta civilisationer!

Vissa astrofysiker uppskattar sannolikheten för att mänskligheten blir den första tekniskt avancerade arten till 1 av 10.²²det vill säga det förblir obetydligt. Å andra sidan har universum funnits i cirka 13,8 miljarder år. Även om civilisationer inte uppstod under de första miljarderna åren, var det fortfarande lång tid innan de gjorde det. Förresten, om det efter den slutliga elimineringen i Vintergatan "bara" fanns tusen civilisationer och de skulle ha funnits under ungefär samma tid som vår (hittills cirka 10 XNUMX år), så har de troligen redan försvunnit, att dö ut eller samla andra otillgängliga för vår nivåutveckling, vilket kommer att diskuteras senare.

Observera att även existerande civilisationer "samtidigt" har svårt att kommunicera. Om så bara av den anledningen att om de bara var 10 tusen ljusår bort skulle det ta dem 20 tusen ljusår att ställa en fråga och sedan svara på den. år. Om man tittar på jordens historia kan det inte uteslutas att civilisationen inom en sådan tidsram skulle kunna uppstå och försvinna från ytan...

Ekvation endast från okända

Försöker bedöma om en främmande civilisation faktiskt kan existera, Frank Drake på 60-talet föreslog han den berömda ekvationen - en formel vars uppgift är att "memanologiskt" bestämma förekomsten av intelligenta raser i vår galax. Här använder vi en term som myntades för många år sedan av Jan Tadeusz Stanislawski, en satiriker och författare till radio- och tv-föreläsningar om "tillämpad manologi", eftersom ordet verkar lämpligt för dessa överväganden.

Enligt Drakes ekvation – N, antalet utomjordiska civilisationer som mänskligheten kan kommunicera med, är produkten av:

R_* är takten för stjärnbildning i vår galax;

f_p är procentandelen stjärnor med planeter;

n_e är det genomsnittliga antalet planeter i en stjärnas beboeliga zon, d.v.s. de på vilka liv kan uppstå;

f_l är andelen planeter i den beboeliga zonen där liv kommer att uppstå;

f_i är procentandelen av bebodda planeter där livet kommer att utveckla intelligens (dvs. skapa en civilisation);

f_c - andelen civilisationer som vill kommunicera med mänskligheten;

L är medellivslängden för sådana civilisationer.

Som du kan se består ekvationen av nästan alla okända. När allt kommer omkring vet vi inte vare sig den genomsnittliga varaktigheten av existensen av en civilisation eller andelen av dem som vill kontakta oss. Genom att ersätta några resultat i "mer eller mindre" ekvationen, visar det sig att det kan finnas hundratals, eller till och med tusentals av sådana civilisationer i vår galax.

Drake ekvation och dess författare

Sällsynt jord och onda utomjordingar

Även om vi ersätter komponenterna i Drake-ekvationen med konservativa värden får vi potentiellt tusentals civilisationer som liknar vår eller mer intelligenta. Men i så fall, varför kontaktar de oss inte? Detta är den så kallade Fermi paradox. Han har många "lösningar" och förklaringar, men med dagens teknikläge - och ännu mer för ett halvt sekel sedan - är de alla som gissningar och blindskytte.

Denna paradox förklaras till exempel ofta hypotes om sällsynta jordartsmetalleratt vår planet är unik på alla sätt. Tryck, temperatur, avstånd från solen, axiell lutning eller strålskyddande magnetfält väljs så att livet kan utvecklas och utvecklas så länge som möjligt.

Naturligtvis upptäcker vi fler och fler exoplaneter i ekosfären som kan vara kandidater för beboeliga planeter. Senast hittades de nära vår närmaste stjärna, Proxima Centauri. Men kanske, trots likheterna, är de "andra jordarna" som upptäckts runt främmande solar inte "exakt samma" som vår planet, och endast i en sådan anpassning kan en stolt teknisk civilisation uppstå? Kanske. Men vi vet, även om vi tittar på jorden, att livet frodas även under mycket "olämpliga" förhållanden.

Naturligtvis är det skillnad på att driva och bygga internet och att skicka Tesla till Mars. Problemet med unikhet skulle kunna lösas om vi kunde hitta en planet någonstans i rymden precis som jorden, men utan en teknisk civilisation.

När man förklarar Fermi-paradoxen talar man ibland om den sk dåliga utomjordingar. Detta förstås på olika sätt. Så dessa hypotetiska utomjordingar kan bli "arga" över att någon vill störa dem, störa dem - så de isolerar sig, svarar inte på hullingar och vill inte ha något med någon att göra. Det finns också fantasier om "inneboende onda" utomjordingar som förstör varje civilisation de möter. De mycket tekniskt avancerade själva vill inte att andra civilisationer ska ta ett steg framåt och bli ett hot mot dem.

Det är också värt att komma ihåg att livet i rymden är föremål för olika katastrofer, som vi känner till från vår planets historia. Vi talar om glaciation, våldsamma reaktioner från en stjärna, bombardemang av meteorer, asteroider eller kometer, kollisioner med andra planeter eller till och med strålning. Även om sådana händelser inte steriliserar hela planeten, kan de bli slutet på civilisationen.

Det är också möjligt för vissa att vi är en av de första civilisationerna i universum – om inte den första – och att vi ännu inte har utvecklats tillräckligt för att kunna komma i kontakt med mindre avancerade civilisationer som uppstod senare. Om detta vore så, då skulle problemet med att söka efter intelligenta varelser i utomjordiskt utrymme fortfarande vara olösligt. Dessutom skulle den hypotetiska "unga" civilisationen inte bara kunna vara några decennier yngre än oss för att kunna kontakta den på distans.

Fönstret är inte heller för stort framtill. Tekniken och kunskapen från en civilisation för tusen år sedan kunde vara lika obegriplig för oss som den är för en man från korstågen idag. Mycket mer avancerade civilisationer skulle likna vår värld med myror från en myrstack vid vägen.

Spekulativ sk Kardashevo skalavars uppgift är att kvalificera hypotetiska civilisationsnivåer efter mängden energi de förbrukar. Enligt henne är vi inte ens en civilisation än typ I, det vill säga en som har bemästrat förmågan att använda sin egen planets energiresurser. Civilisation typ II kan utnyttja all energi som omger en stjärna, till exempel genom att använda en struktur som kallas en "Dyson-sfär". Civilisation typ III Enligt dessa antaganden fångar den all energi i galaxen. Kom dock ihåg att detta koncept skapades som en del av en ofullbordad Tier I-civilisation, som tills nyligen ganska felaktigt föreställdes som en civilisation som söker ett framsteg av typ II för att bygga en Dyson-sfär runt sin stjärna (stjärnljusavvikelse). KIK 8462852).

Om det fanns en civilisation av typ II, och ännu mer så III, skulle vi definitivt se den och ta kontakt med oss ​​- vissa av oss tror det och hävdar vidare att eftersom vi inte ser eller på annat sätt lär känna sådana avancerade utomjordingar, finns helt enkelt inte.. En annan förklaringsskola för Fermi-paradoxen säger dock att civilisationer på dessa nivåer är osynliga och oigenkännliga för oss – för att inte tala om att de, enligt rymdzoohypotesen, inte uppmärksammar sådana underutvecklade varelser.

Efter proven eller innan?

Förutom diskussioner om högt utvecklade civilisationer förklaras Fermi-paradoxen ibland av begreppen evolutionära filter i civilisationens utveckling. Enligt dem finns det ett skede i evolutionsprocessen som verkar omöjligt eller mycket osannolikt för livet. Det kallas Det stora filtret, vilket är det största genombrottet i livets historia på planeten.

När det gäller vår mänskliga erfarenhet vet vi inte säkert om vi ligger bakom, före eller mitt i den stora filtreringen. Om vi ​​lyckats övervinna detta filter kan det ha varit en oöverstiglig barriär för de flesta livsformer i kända rymden, och vi är unika. Filtrering kan ske redan från början, till exempel under omvandlingen av en prokaryotisk cell till en komplex eukaryot cell. Om det vore så skulle livet i rymden till och med vara ganska vanligt, men i form av celler utan kärnor. Kanske är vi bara de första som går igenom det stora filtret? Detta för oss tillbaka till det redan nämnda problemet, nämligen svårigheten att kommunicera på distans.

Det finns också möjligheten att ett utvecklingsgenombrott fortfarande ligger framför oss. Det kunde inte vara tal om någon framgång då.

Dessa är alla mycket spekulativa överväganden. Vissa forskare ger mer vardagliga förklaringar till bristen på främmande signaler. Alan Stern, chefsforskare vid New Horizons, säger att paradoxen kan ha en enkel lösning. tjock isskorpasom omger haven på andra himlakroppar. Forskaren drar denna slutsats baserat på nya upptäckter i solsystemet: oceaner av flytande vatten ligger under skorpan på många månar. I vissa fall (Europa, Enceladus) kommer vatten i kontakt med stenig jord och hydrotermisk aktivitet registreras där. Detta bör bidra till livets uppkomst.

En tjock isskorpa kan skydda liv från fientliga fenomen i yttre rymden. Vi pratar här bland annat om starka stjärnflammor, asteroidnedslag eller strålning nära en gasjätte. Å andra sidan kan det representera en barriär för utveckling som är svår att övervinna även för hypotetiskt intelligent liv. Sådana vattenlevande civilisationer kanske inte ens känner till något utrymme bortom den tjocka isskorpan. Det är svårt att ens drömma om att gå utanför dess gränser och vattenmiljön - det skulle vara mycket svårare än för oss, för vilka yttre rymden, förutom jordens atmosfär, inte heller är en särskilt vänlig plats.

Letar vi efter liv eller en lämplig plats att bo på?

Vi jordbor måste i alla fall också tänka på vad vi egentligen är ute efter: livet som sådant eller en plats som lämpar sig för livet som vår. Om vi ​​antar att vi inte vill utkämpa rymdkrig med någon så är det två olika saker. Planeter som är livskraftiga men inte har avancerade civilisationer kan bli områden för potentiell kolonisering. Och vi hittar fler och fler sådana lovande platser. Vi kan redan använda observationsverktyg för att avgöra om en planet roterar i det som kallas en bana. livszon runt en stjärnaom det är stenigt och har en temperatur som är lämplig för flytande vatten. Vi kommer snart att kunna upptäcka om det verkligen finns vatten där och bestämma atmosfärens sammansättning.

Livszonen runt stjärnor beroende på deras storlek och exempel på jordliknande exoplaneter (horisontell koordinat - avstånd från stjärnan (JA); vertikal koordinat - stjärnmassa (i förhållande till solen)).

Förra året, med hjälp av ESO HARPS-instrumentet och ett antal teleskop runt om i världen, upptäckte forskare exoplaneten LHS 1140b som den mest kända kandidaten för livet. Den kretsar kring den röda dvärgen LHS 1140, 18 ljusår från jorden. Astronomer uppskattar att planeten är minst fem miljarder år gammal. De kom fram till att den har en diameter på nästan 1,4 1140. km - vilket är XNUMX gånger jordens storlek. Studier av massan och densiteten hos LHS XNUMX b har kommit fram till att det sannolikt är en sten med en tät järnkärna. Låter bekant?

Lite tidigare blev ett system med sju jordliknande planeter runt en stjärna känt. TRAPPIST-1. De är märkta "b" till "h" i ordning efter avstånd från värdstjärnan. Analyserna utförda av forskare och publicerade i januarinumret av Nature Astronomy tyder på att på grund av måttliga yttemperaturer, måttlig tidvattenuppvärmning och ett tillräckligt lågt strålningsflöde som inte leder till en växthuseffekt, är de bästa kandidaterna för beboeliga planeter " e " objekt och "e". Det är möjligt att den första täcker hela vattenhavet.

Planeter i TRAPPIST-1-systemet

Upptäckten av förhållanden som främjar livet tycks alltså vara inom räckhåll för oss. Fjärrdetektering av själva livet, som fortfarande är relativt enkelt och inte avger elektromagnetiska vågor, är en helt annan historia. Men forskare från Washington State University har föreslagit en ny metod för att komplettera det länge föreslagna sökandet efter stora kvantiteter. syre i planetens atmosfär. Syreidén är bra eftersom det är svårt att producera stora mängder syre utan liv, men det är okänt om allt liv producerar syre.

"Biokemin för syreproduktion är komplex och kan vara sällsynt", förklarar Joshua Chrissansen-Totton från University of Washington i tidskriften Science Advances. Genom att analysera livets historia på jorden var det möjligt att identifiera en blandning av gaser, vars närvaro indikerar existensen av liv såväl som syre. Pratar om blandning av metan och koldioxid, utan kolmonoxid. Varför utan den sista? Faktum är att kolatomerna i båda molekylerna representerar olika oxidationstillstånd. Det är mycket svårt att uppnå lämpliga nivåer av oxidation genom icke-biologiska processer utan åtföljande produktion av reaktionsmedierad kolmonoxid. Om till exempel källan till metan och CO₂ Det finns vulkaner i atmosfären, de kommer oundvikligen att åtföljas av kolmonoxid. Dessutom absorberas denna gas snabbt och lätt av mikroorganismer. Eftersom det finns i atmosfären bör existensen av liv snarare uteslutas.

NASA planerar att lansera 2019 James Webb rymdteleskopsom mer exakt kommer att kunna studera atmosfären på dessa planeter för förekomsten av tyngre gaser som koldioxid, metan, vatten och syre.

Den första exoplaneten upptäcktes på 90-talet. Sedan dess har vi redan bekräftat nästan 4 exoplaneter i cirka 2800 XNUMX system, inklusive ett tjugotal som verkar vara potentiellt beboeliga. Genom att utveckla bättre verktyg för att observera dessa världar kommer vi att kunna göra mer välgrundade gissningar om förhållandena där. Och vad det blir av det återstår att se.