Onko universumissa elämää? Tämä on kysymys, joka on vaivannut ihmiskuntaa kauan ennen kuin tiesimme, kuinka laaja maailmankaikkeus oli – eli ennen modernin tähtitieteen tuloa. 1900-luvulla – nykyaikaisten teleskooppien, radioastronomian ja avaruusobservatorioiden kehityksen ansiosta – on tehty useita ponnisteluja maan ulkopuolisen älyn (ETI) löytämiseksi.
Ja silti ihmiskunta on edelleen tietoinen vain yhdestä älykkäästä sivilisaatiosta universumissa – omastamme. Ja kunnes löydämme vieraan sivilisaation, parasta, mitä voimme tehdä, on olettaa niiden olemassaolon todennäköisyydestä. Siellä kuuluisa Draken yhtälö – nimetty tähtitieteilijä tohtori Frank Draken mukaan – tulee peliin. Tämä 1960-luvulla kehitetty yhtälö arvioi mahdollisten sivilisaatioiden määrän siellä useiden tekijöiden perusteella.
Tausta:
1950-luvulla ajatus radioastronomian käyttämisestä maan ulkopuolelta peräisin olevien signaalien etsimiseen hyväksyttiin laajalti tiedeyhteisössä. Ajatus maan ulkopuolisen radioviestinnän kuuntelemisesta oli ehdotettu jo 1800-luvun lopulla (Nikolaji Tesla), mutta nämä yritykset koskivat elämänmerkkien etsimistä Marsista.
Frank Drake seisoo kuuluisan yhtälön edessä valkoisella taululla. Luotto: SETI.org
Sitten syyskuussa 1959 Giuseppe Cocconi ja Philip Morrison (jotka olivat molemmat tuolloin Cornellin yliopiston fysiikan professoreita) julkaisivat artikkelin lehdessä.Luontootsikolla ' Etsitään tähtienvälistä viestintää .” Siinä he väittivät, että radioteleskoopit olivat tulleet tarpeeksi herkäksi, jotta ne pystyivät vastaanottamaan lähetyksiä, jotka lähetetään muista tähtijärjestelmistä.
Erityisesti he väittivät, että nämä viestit voitaisiin lähettää 21 cm:n (1420,4 MHz) aallonpituudella, joka on neutraalin vedyn radiosäteilyn sama aallonpituus. Maailmankaikkeuden yleisimpana elementtinä he väittivät, että maan ulkopuoliset sivilisaatiot näkisivät tämän loogisena taajuudena lähettää radiolähetyksiä, jotka muut sivilisaatiot voisivat vastaanottaa.
Seitsemän kuukautta myöhemmin Frank Drake teki ensimmäisen systemaattisen SETI-tutkimuksen Kansallinen radioastronomian observatorio Green Bankissa, Länsi-Virginiassa. Tunnetaan Projekti Ozma , tämä tutkimus perustui observatorion 25 metrin lautasen seurantaan Epsilon Eridani ja Sinun Ceti – kaksi lähellä olevaa Auringon kaltaista tähteä – noin 21 cm:n taajuuksilla kuuden tunnin ajan vuorokaudessa huhti-heinäkuun 1960 välisenä aikana.
Vaikka kysely ei onnistunut, se herätti tiede- ja SETI-yhteisöjen kiinnostuksen. Sitä seurasi pian sen jälkeen Green Bank -laitoksessa vuonna 1961 pidetty kokous, jossa keskusteltiin SETI:n aiheista ja maan ulkopuolelta peräisin olevien radiosignaalien etsimisestä. Valmistautuessaan tähän tapaamiseen Drake valmisteli yhtälön, joka tulisi kantamaan hänen nimeään. Kuten hän sanoi yhtälön luomisesta:
'Kun suunnittelin tapaamista, tajusin muutama päivä ennen aikaa, että tarvitsemme esityslistan. Niinpä kirjoitin ylös kaikki asiat, jotka sinun piti tietää ennustaaksesi, kuinka vaikeaa on havaita maan ulkopuolinen elämä. Ja niitä katsoessa kävi melko selväksi, että jos kerroit nämä kaikki yhteen, saat luvun N, joka on havaittavissa olevien sivilisaatioiden lukumäärä galaksissamme. Tämä oli suunnattu radiohakuun, ei alkukantaisten tai primitiivisten elämänmuotojen etsimiseen.'
Kokous, johon osallistui muun muassa Carl Sagan, muistettiin muistolaatalla, joka on edelleen Green Bankin observatorion salissa.
Ozma-projektissa käytetty 85 jalkaa (26 metriä) NRAO:n Howard E. Tatel -radioteleskooppi. Luotto: Z22/WIkipedia Commons
Kaava:
Draken yhtälön kaava on seuraava:
N = R*x fpx nJax fthex fix fcx L
Sitä vastoinNon galaksissamme olevien sivilisaatioiden lukumäärä, joiden kanssa voimme kommunikoida,R*on tähtien muodostumisen keskimääräinen nopeus galaksissamme,fpon murto-osa niistä tähdistä, joilla on planeettoja,nJa on planeettojen lukumäärä, jotka voivat todella tukea elämää,ftheon planeettojen lukumäärä, jotka kehittävät elämää,fi on niiden planeettojen määrä, jotka kehittävät älykästä elämää,fcon niiden sivilisaatioiden lukumäärä, jotka kehittäisivät siirtoteknologiaa, jaTHEon aika, jonka nämä sivilisaatiot joutuisivat lähettämään signaalinsa avaruuteen.
Rajoitukset ja kritiikki:
Luonnollisesti Draken yhtälöä on arvosteltu jonkin verran vuosien varrella, suurelta osin siksi, että monet sen sisältämistä arvoista oletetaan. Myönnettäköön, että jotkut sen huomioimista arvoista ovat riittävän helppoja laskea, kuten tähtien muodostumisnopeus Linnunradalla. On arvioitu Linnunradassamme on 200–400 miljardia tähteä , ja nykyaikaisten arvioiden mukaan siellä on välillä 1,65 ± 0,19 ja 3 uutta tähtimuotoa joka vuosi.
Olettaen, että galaksimme edustaa keskiarvoa, ja kun otetaan huomioon, että niitä on yhtä monta kuin 2 biljoonaa galaksia havaittavissa olevassa universumissa (nykyiset arviot perustuvat Hubble-tietoihin) tämä tarkoittaa, että universumiin tulee joka vuosi peräti 1,5-6 biljoonaa uutta tähteä! Jotkut muut arvot ovat kuitenkin suuren arvailun kohteena.
Esimerkiksi arviot siitä, kuinka monella tähdellä on planeettajärjestelmä, ovat muuttuneet ajan myötä. Tällä hetkellä on arvioitu, että Linnunrata sisältää 100 miljardia planeettaa , joka toimii niin, että noin 50 prosentilla sen tähdistä on oma planeetta. Lisäksi niillä tähdillä, joilla on useita planeettoja, on todennäköisesti yksi tai kaksi niiden sisällä asuttava vyöhyke (alias 'Goldilocks Zone') - jossa nestemäistä vettä voi esiintyä niiden pinnoilla.
Oletetaan nyt, että 100 % asuttavalla vyöhykkeellä sijaitsevista planeetoista pystyy kehittämään elämää jossain muodossa, että vähintään 1 % noista elämää ylläpitävistä planeetoista pystyy synnyttämään älykkäitä lajeja, että 1 % näistä on pysty kommunikoimaan ja että he pystyvät tekemään niin noin 10 000 vuoden ajan. Jos ajamme nämä luvut Draken yhtälön läpi, saamme arvon 10.
Toisin sanoen Linnunradalla on mahdollisesti 10 sivilisaatiota, jotka pystyvät lähettämään signaaleja, jotka voisimme havaita. Mutta tietysti neljälle parametrille käytetyt arvot -f,fminä,fc jaTHE– oletettiin täysin. Ilman todellista dataa, ei ole todellista tapaa tietää, kuinka monta muukalaissivilisaatiota siellä todella voi olla. Niitä voi olla vain yksi koko maailmankaikkeudessa (meissä), tai miljoonia jokaisessa galaksissa!
Fermin paradoksi:
Oletettujen arvojen lisäksi terävin Draken yhtälön kritiikki korostaa fyysikko Enrico Fermin argumenttia, joka tunnetaan Fermin paradoksina. Tämä kiista syntyi vuonna 1950 keskustelun seurauksena Fermin ja joidenkin kollegoiden välillä hänen työskennellessään Los Alamosin kansallinen laboratorio . Kun aihe UFOista ja ETI:stä tuli esille, Fermi kysyi kuuluisasti: 'Missä kaikki ovat?'
Tämä yksinkertainen kysymys tiivisti ristiriidan, joka vallitsi mittakaavaa korostavien argumenttien ja elämän suuren todennäköisyyden välillä universumissa ilman todisteita siitä, että sellaista elämää on olemassa. Vaikka Fermi ei ollut ensimmäinen tutkija, joka esitti kysymyksen, hänen nimensä yhdistettiin siihen hänen monien aiheesta kirjoittamiensa kirjoitusten vuoksi.
Lyhyesti sanottuna Fermi-paradoksissa todetaan, että kun otetaan huomioon maailmankaikkeuden valtava määrä tähtiä (joista monet ovat miljardeja vuosia vanhempiamme), on suuri todennäköisyys, että pienelläkin osalla on planeettoja, jotka pystyvät synnyttämään älykkäitä lajeja, todennäköisyyttä, että jotkin niistä kehittäisivät tähtienvälistä matkaa, ja aika, joka kuluu matkaamiseen galaksimme toiselta puolelta toiselle (jopa alivalon nopeudet huomioon ottaen), ihmiskunnan olisi tähän mennessä pitänyt löytää todisteita älykkäistä sivilisaatioista. .
Tämä on luonnollisesti synnyttänyt monia hypoteeseja siitä, kuinka kehittyneitä sivilisaatioita voisi olla olemassa universumissamme, mutta ne jäävät huomaamatta. Niihin sisältyy mahdollisuus, että älykäs elämä on äärimmäisen harvinaista, että ihmiskunta on sitä varhainen saapuminen universumiin , että niitä ei ole olemassa (alias Hart-Tipler arvelu ), että ne ovat a unen tila , tai että katsomme vain vääriä paikkoja .
'Suuri suodatin' -hypoteesi:
Mutta ehkä tunnetuin selitys sille, miksi älykkyyden merkkejä ei ole vielä löydetty, on ' Hieno suodatin ”hypoteesi. Tässä todetaan, että koska siitä lähtien ei maan ulkopuolisia sivilisaatioita ole toistaiseksi ollut valtavasta tähtien määrästä huolimatta, jonkin prosessin vaiheen – elämän ilmaantumisen ja teknologisesti kehittyneen – täytyy toimia suodattimena lopullisen arvon alentamiseksi.
Tämän näkemyksen mukaan joko älykkään elämän on erittäin vaikea syntyä, tällaisten sivilisaatioiden elinikä on lyhyt tai aika, joka niillä on paljastaa olemassaolonsa, on lyhyt. Myös täällä on tarjottu erilaisia selityksiä suodattimen muodon selittämiseksi, mukaan lukien Extinction Level Events (ELE:t) ja elämän kyvyttömyys luoda vakaa ympäristö ajoissa , ympäristön tuhoaminen . ja tai tekniikka hurraamassa (joista jotkin pelkäämme tapahtuvan meille!)
Valitettavasti Draken yhtälö on kestänyt vuosikymmeniä samasta syystä, joka usein joutuu tulen kohteeksi. Ennen kuin ihmiskunta voi löytää todisteita älykkäästä elämästä maailmankaikkeudessa, tai se on sulkenut pois mahdollisuuden, joka perustuu lukemattomiin tutkimuksiin, jotka todella tarkastavat muita tähtijärjestelmiä läheltä, emme pysty vastaamaan kysymykseen: 'Missä kaikki ovat? ”
Kuten monien muiden kosmologisten mysteerien kohdalla, meidän on pakko arvata, mitä emme tiedä tekemiemme (tai kuvittelevamme) perusteella. Kun tähtitieteilijät tutkivat tähtiä ja planeettoja uudemmilla välineillä, he saattavat lopulta pystyä selvittämään, kuinka tarkka Draken yhtälö todella on. Ja jos viimeaikaiset kosmologiset ja eksoplaneettojen metsästysyrityksemme ovat osoittaneet meille jotain, niin se on, että olemme juuri alkamassa raapia maailmankaikkeuden pintaa!
Tulevina vuosina ja vuosikymmeninä pyrkimyksemme oppia lisää Auringon ulkopuolisista planeetoista laajenevat koskemaan niiden ilmakehän tutkimusta – joka perustuu seuraavan sukupolven välineisiin, kuten James Webbin avaruusteleskooppi ja Eurooppalainen erittäin suuri teleskooppi joukko. Nämä auttavat pitkälle jalostamaan arvioitamme siitä, kuinka yleisiä mahdollisesti asuttavat maailmat ovat.
Sillä välin voimme vain katsoa, kuunnella, odottaa ja nähdä…
Olemme kirjoittaneet monia artikkeleita Drake-yhtälöstä Universe Todaylle. Tässä Drake-yhtälön sisällä: Chat Frank Draken kanssa , Älykkään elämän todennäköisyys universumissa , Uusi Draken yhtälö? Muu elämä ei todennäköisesti ole älykästä , Uusi Draken yhtälö elämänpotentiaalille , Bayesian analyysi sataa eksoplaneetan elämän paraatissa , ja Missä kaikki muukalaiset ovat? Fermin paradoksi?
Internetistä löytyy hienoja resursseja. Katso tämä Draken yhtälön laskin .
Olemme äänittäneet kokonaisen jakson Astronomy Castia Draken yhtälöstä. Tarkista se täältä, Jakso 23 – Muukalaisten laskeminen Draken yhtälöllä.