Парадокс Фермі після хвилі екзопланетних відкриттів

У галактиці RX J1131-1231 група астрофізиків з Університету Оклахоми виявила першу відому нам групу планет за межами Чумацького Шляху. Об'єкти, які «відстежуються» за допомогою техніки гравітаційного мікролінзування, мають різну масу — від місячної до юпітеріоподібної. Чи робить це відкриття парадокс Фермі парадоксальнішим?

У нашій галактиці приблизно стільки ж зірок (100-400 мільярдів), приблизно стільки ж галактик у видимому Всесвіті – так що на кожну зірку в нашому величезному Чумацькому Шляху припадає ціла галактика. Загалом уже 10 років²² до 10²⁴ зірки. У вчених немає єдиної думки про те, скільки зірок схожі на наше Сонце (тобто подібні за розміром, температурою, яскравістю) — оцінки коливаються від 5% до 20%. Приймаючи перше значення та вибираючи найменшу кількість зірок (10²²), ми отримуємо 500 трильйонів або мільярд мільярдів зірок, подібних до Сонця.

Згідно з дослідженнями та оцінками PNAS («Известия Національної академії наук»), не менше 1% зірок у Всесвіті обертається навколо планети, здатної підтримувати життя — так що йдеться про число 100 мільярдів мільярдів планет із властивостями, подібними до Землі. Якщо припустити, що через мільярди років існування лише 1% земних планет розвине життя, і 1% з них матиме еволюційне життя в розумній формі, це означатиме, що існує одна більярдна планета з розумними цивілізаціями у видимому всесвіті.

Якщо ми говоритимемо тільки про нашу галактику і повторимо розрахунки, припускаючи точну кількість зірок у Чумацькому Шляху (100 мільярдів), ми дійдемо висновку, що в нашій Галактиці, ймовірно, існує не менше мільярда планет, подібних до землі. та 100 XNUMX. розумні цивілізації!

Деякі астрофізики оцінюють можливість того, що людство стане першим технологічно розвиненим видом, в 1 до 10.²²тобто він залишається незначним. З іншого боку, Всесвіт існує близько 13,8 мільярда років. Навіть якщо цивілізації не виникли у перші кілька мільярдів років, до їхньої появи залишалося ще багато часу. До речі, якби після остаточної ліквідації в Чумацькому Шляху було "всього" тисяча цивілізацій і вони проіснували б приблизно стільки ж, скільки наша (поки близько 10 XNUMX років), то вони, швидше за все, вже зникли, вимираючи чи збираючись інші недоступні нашому рівню розвитку, про які трохи пізніше.

Зауважимо, що навіть «одночасно» існуючі цивілізації важко спілкуються. Хоча б тому, що якби їх було всього 10 тис. світлових років, їм знадобилося б 20 XNUMX, щоб поставити запитання, а потім відповісти на нього. роки. Дивлячись історію Землі, не можна виключати, що у такі терміни цивілізація може зародитися і зникнути з поверхні…

Рівняння лише з невідомих

Намагаючись оцінити, чи насправді може існувати інопланетна цивілізація, Френк Дрейк у 60-х він запропонував знамените рівняння – формулу, завдання якої – «меманологічно» визначити існування розумних рас у нашій галактиці. Тут ми використовуємо термін, запроваджений багато років тому Яном Тадеушем Станіславським, сатириком, автором радіо- та телевізійних «лекцій» з «прикладної манології», тому що це слово здається придатним для цих міркувань.

За словами Рівняння Дрейка - N, кількість позаземних цивілізацій, з якими людство може спілкуватися, є твором:

R_* – швидкість зіркоутворення у нашій Галактиці;

f_p - Відсоток зірок з планетами;

n_e - Середня кількість планет в населеній зоні зірки, тобто тих, на яких може виникнути життя;

f_l - Відсоток планет в населеній зоні, на яких зародиться життя;

f_i - Відсоток населених планет, на яких життя розвине розум (тобто створить цивілізацію);

f_c - Відсоток цивілізацій, які захочуть спілкуватися з людством;

L – середній час життя таких цивілізацій.

Як бачите, рівняння складається майже зі всіх невідомих. Адже ми не знаємо ні середньої тривалості існування цивілізації, ні відсотка тих, хто захоче зв'язатися з нами. Підставляючи деякі результати в рівняння "менш-менш", виходить, що в нашій галактиці можуть бути сотні, а то й тисячі таких цивілізацій.

Рівняння Дрейка та його автор

Рідкісна земля і злі прибульці

Навіть підставляючи консервативні значення під компоненти рівняння Дрейка, ми отримуємо потенційно тисячі цивілізацій, схожих на нашу чи розумнішу. Але якщо так, чому вони не зв'язуються з нами? Це так званий Парадокс Фермієго. У нього багато “рішень” і пояснень, але за нинішнього стану техніки – а тим більше півстоліття тому – усі вони як здогади та стрілянина наосліп.

Цей парадокс, наприклад, часто пояснюється гіпотеза рідкісноземельних елементівщо наша планета унікальна у всіх відношеннях. Тиск, температура, відстань від Сонця, нахил осі або магнітне поле, що захищає від випромінювання, вибираються так, щоб життя могло розвиватися і еволюціонувати якомога довше.

Звичайно, ми виявляємо в екосфері все більше екзопланет, які можуть бути кандидатами на населені планети. Нещодавно їх знайшли біля найближчої до нас зірки — Проксими Центавра. Може, однак, незважаючи на схожість, «другі Землі», виявлені навколо чужих сонців, не є «точно такими ж» як наша планета, і тільки в такому пристосуванні може виникнути горда технологічна цивілізація? Можливо. Однак ми знаємо, навіть дивлячись на Землю, що життя чудово почувається і в дуже «невідповідних» умовах.

Звичайно, є різниця між управлінням та побудовою Інтернету та відправкою Тесли на Марс. Проблема унікальності могла б бути вирішена, якби ми могли знайти десь у космосі планету, точно схожу на Землю, але позбавлену технологічної цивілізації.

При поясненні парадоксу Фермі іноді говорять про так зване погані інопланетяни. Це розуміється по-різному. Тож ці гіпотетичні інопланетяни можуть «сердитися» на те, що хтось хоче їх потурбувати, втручатися та турбувати — тому вони ізолюють себе, не реагують на шпильки та не хочуть ні з ким мати нічого спільного. Є також фантазії про «злих за своєю природою» інопланетян, які знищують кожну цивілізацію, з якою стикаються. Самі дуже технологічно просунуті не хочуть, щоб інші цивілізації зробили стрибок уперед і стали загрожувати їм.

Також варто пам'ятати, що життя в космосі схильна до різних катастроф, які ми знаємо з історії нашої планети. Йдеться про заледеніння, бурхливі реакції зірки, бомбардування метеорами, астероїдами або кометами, зіткнення з іншими планетами або навіть радіацію. Навіть якщо такі події не стерилізують всю планету, можуть стати кінцем цивілізації.

Також деякі не виключають, що ми є однією з перших цивілізацій у всесвіті – якщо не першою – і що ми ще недостатньо розвинулися, щоб бути в змозі вступити в контакт із менш розвиненими цивілізаціями, що виникли пізніше. Якби це було так, то проблема пошуку розумних істот у позаземному просторі була б поки що нерозв'язною. Тим більше, що гіпотетична «молода» цивілізація не могла бути молодшою ​​за нас лише на кілька десятків років, щоб мати можливість контактувати з нею віддалено.

Вікно теж не надто велике спереду. Технології та знання цивілізації тисячолітньої давності могли бути для нас настільки ж незрозумілими, як у наші дні для людини з хрестових походів. Цивілізації набагато розвиненіші були б на наш світ мурах з придорожнього мурашника.

Спекулятивна так звана Шкала Кардашевечия задача полягає в тому, щоб кваліфікувати гіпотетичні рівні цивілізації відповідно до кількості споживаної ними енергії. По ній ми ще навіть не цивілізація тип I, тобто той, який освоїв здатність використовувати енергетичні ресурси своєї планети. Цивілізація тип II вміє використати всю енергію, що оточує зірку, наприклад, за допомогою структури під назвою "сфера Дайсона". Цивілізація тип III Згідно з цими припущеннями, він захоплює всю енергію галактики. Пам'ятайте, однак, що ця концепція була створена як частина незавершеної цивілізації I рівня, яка донедавна досить помилково представлялася як цивілізація, що прагне просування Типу II з будівництва сфери Дайсона навколо своєї зірки (аномалії зоряного світла). КІК 8462852).

Якби існувала цивілізація типу II, а тим більше III, ми її обов'язково побачили б і вступили з нами в контакт – так думають деякі з нас, далі міркуючи, що якщо ми не бачимо чи іншим чином познайомилися з такими просунуті прибульці, їх просто немає . Інша школа пояснення парадоксу Фермі, однак, каже, що цивілізації на цих рівнях невидимі і невпізнані для нас — не кажучи вже про те, що вони, згідно з гіпотезою космічного зоопарку, не звертають уваги на таких недорозвинених істот.

Після випробувань чи ще до?

Крім міркувань про високорозвинені цивілізації, парадокс Фермі іноді пояснюють концепціями еволюційні фільтри у розвитку цивілізації. На думку, у процесі еволюції існує етап, який здається неможливим чи дуже малоймовірним життя. Це називається Великий фільтрщо є найбільшим проривом в історії життя на планеті.

Що стосується нашого людського досвіду, ми точно не знаємо, чи ми знаходимося позаду, попереду або в середині великої фільтрації. Якщо нам вдалося подолати цей фільтр, можливо, це був непереборний бар'єр для більшості форм життя у відомому космосі, і ми є унікальними. Фільтрування може відбуватися від початку, наприклад, при трансформації прокаріотичної клітини в складну еукаріотичну клітину. Якби це було так, життя в космосі могло б бути навіть цілком звичайним, але у вигляді клітин без ядер. Може бути ми просто перші, хто пройшов через Великий фільтр? Це повертає нас до вже згаданої проблеми, а саме до проблеми спілкування на відстані.

Також є варіант, що прорив у розвитку на нас чекає попереду. Ні про який успіх тоді не могло бути й мови.

Все це дуже спекулятивні міркування. Деякі вчені пропонують приземлені пояснення відсутності сигналів прибульців. Алан Стерн, головний науковий співробітник New Horizons, каже, що парадокс можна вирішити просто. товста крижана кіркаякий оточує океани на інших небесних тілах. Такий висновок дослідник робить на підставі недавніх відкриттів у Сонячній системі: океани рідкої води лежать під кірками багатьох місяців. У деяких випадках (Європа, Енцелад) вода стикається з кам'янистим ґрунтом і там фіксується гідротермальна діяльність. Це має сприяти виникненню життя.

Товста крижана кірка може захистити життя від ворожих явищ у космічному просторі. Ми говоримо тут, серед іншого із сильними зоряними спалахами, ударами астероїдів або випромінюванням поблизу газового гіганта. З іншого боку, він може бути бар'єром для розвитку, який важко подолати навіть для гіпотетичного розумного життя. Такі водні цивілізації можуть взагалі не знати жодного простору за межами товстої крижаної кірки. Про те, щоб вийти за її межі та водне середовище, важко навіть мріяти — це було б набагато складніше, ніж нам, для яких космічний простір, окрім земної атмосфери, також не дуже дружелюбне місце.

Ми шукаємо життя або потрібне місце для життя?

У будь-якому разі ми, земляни, повинні також подумати про те, що ми дійсно шукаємо: життя як таке або місце, яке підходить для життя, подібне до нашого. Якщо припустити, що ми не хочемо ні з ким вести космічні війни, то це дві різні речі. Планети, які життєздатні, але не мають розвинених цивілізацій, можуть стати областю потенційної колонізації. І таких перспективних місць ми знаходимо дедалі більше. Ми вже можемо використовувати інструменти спостереження, щоб визначити, чи обертається планета так званою орбітою. зона життя навколо зіркичи кам'яниста вона і при температурі, що підходить для рідкої води. Незабаром ми зможемо виявити, чи дійсно там є вода і визначити склад атмосфери.

Зона життя навколо зірок залежно від їх розмірів та приклади землеподібних екзопланет (горизонтальна координата – відстань від зірки (JA); вертикальна координата – маса зірки (щодо сонячної)).

Минулого року, використовуючи прилад ESO HARPS та низку телескопів по всьому світу, вчені виявили екзопланету LHS 1140b як найвідомішого кандидата на існування життя. Він обертається навколо червоного карлика LHS 1140 у сорока світлових роках від Землі. За оцінками астрономів, планеті щонайменше п'ять мільярдів років. Вони дійшли висновку, що він має діаметр майже 18 1,4. км – що у 1140 разу більше Землі. Дослідження маси та щільності LHS XNUMX b привели до висновку, що це, ймовірно, порода із щільним залізним ядром. Звучить знайоме?

Трохи раніше прославилася система із семи землеподібних планет навколо зірки. ТРАПІСТ-1. Вони позначені літерами від «b» до «h» як видалення від зірки-господаря. Аналізи, проведені вченими та опубліковані в січневому номері «Nature Astronomy», свідчать про те, що через помірну температуру поверхні, помірний припливний нагрів і досить низький поток радіації, що не призводить до парникового ефекту, кращими кандидатами на придатні для життя планети є « д” об'єкти та “е”. Ймовірно, перший охоплює весь водний океан.

Планети системи TRAPPIST-1

Таким чином, виявлення умов, що сприяють життю, здається, вже в межах нашої досяжності. Дистанційне виявлення самого життя, яке поки що відносно просте і не випромінює електромагнітні хвилі, — це зовсім інша історія. Проте вчені з Університету штату Вашингтон запропонували новий метод, який доповнює давно запропонований пошук великої кількості. кисень в атмосфері планети. Ідея з киснем хороша тим, що важко виробляти велику кількість кисню без життя, але невідомо, чи все життя кисень.

"Біохімія виробництва кисню складна і може бути рідкісною", - пояснює Джошуа Кріссансен-Тоттон із Вашингтонського університету в журналі Science Advances. Аналізуючи історію життя Землі, вдалося виявити суміш газів, присутність яких свідчить про існування життя як і, як і кисню. Говорячи про суміш метану та вуглекислого газу, без чадного газу. Чому без останнього? Справа в тому, що атоми вуглецю в обох молекулах становлять різні ступені окислення. Дуже важко отримати відповідні рівні окиснення за допомогою небіологічних процесів без супутнього утворення, опосередкованого реакцією монооксиду вуглецю. Якщо, наприклад, джерело метану та CO₂ є вулкани в атмосфері, вони неминуче супроводжуватимуться чадним газом. Більше того, цей газ швидко та легко поглинається мікроорганізмами. Оскільки він присутній в атмосфері, слід виключити існування життя.

На 2019 рік НАСА планує запустити Космічний телескоп Джеймса Веббаякі зможуть точніше вивчити атмосфери цих планет на наявність більш важких газів, таких як вуглекислий газ, метан, вода та кисень.

Перша екзопланета була виявлена ​​у 90-х роках. З тих пір ми вже підтвердили майже 4. екзопланети приблизно в 2800 системах, у тому числі близько двадцяти, які здаються потенційно заселеними. Розробивши досконаліші інструменти для спостереження за цими світами, ми зможемо робити більш усвідомлені припущення про умови там. І що з цього вийде, ще доведеться побачити.