De Fermi Paradox na een golf van ontdekkingen van exoplaneten

In het sterrenstelsel RX J1131-1231 heeft een team van astrofysici van de Universiteit van Oklahoma de eerste bekende groep planeten buiten de Melkweg ontdekt. Objecten die worden ‘gevolgd’ met behulp van zwaartekracht-microlenstechnieken, hebben verschillende massa’s, van maan- tot Jupiter-achtig. Maakt deze ontdekking de Fermi-paradox paradoxaler?

Er zijn ongeveer hetzelfde aantal sterren in ons sterrenstelsel (100-400 miljard), ongeveer hetzelfde aantal sterrenstelsels in het zichtbare universum - er is dus een heel sterrenstelsel voor elke ster in onze uitgestrekte Melkweg. Over het algemeen voor 10 jaar²² naar 10²⁴ sterren. Wetenschappers zijn het er niet over eens hoeveel sterren vergelijkbaar zijn met onze zon (d.w.z. vergelijkbaar qua grootte, temperatuur en helderheid) - schattingen lopen uiteen van 5% tot 20%. Neem de eerste waarde en kies het kleinste aantal sterren (10²²), krijgen we 500 biljoen of een miljard miljard sterren zoals de zon.

Volgens onderzoek en schattingen van PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) draait minstens 1% van de sterren in het heelal rond een planeet die leven kan ondersteunen - we hebben het dus over 100 miljard miljard planeten met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van de aarde. Als we aannemen dat na miljarden jaren van bestaan ​​slechts 1% van de aardse planeten leven zal ontwikkelen, en 1% daarvan leven in een intelligente vorm zal hebben ontwikkeld, zou dit betekenen dat er één biljartplaneet met intelligente beschavingen in het zichtbare universum.

Als we alleen maar over ons sterrenstelsel praten en de berekeningen herhalen, uitgaande van het exacte aantal sterren in de Melkweg (100 miljard), concluderen we dat er waarschijnlijk minstens een miljard aardachtige planeten in ons sterrenstelsel zijn. en 100 XNUMX. intelligente beschavingen!

Sommige astrofysici schatten de waarschijnlijkheid dat de mensheid de eerste technologisch geavanceerde soort wordt, in op 1 op 10.²²dat wil zeggen, het blijft onbeduidend. Aan de andere kant bestaat het universum al ongeveer 13,8 miljard jaar. Zelfs als er in de eerste paar miljard jaar geen beschavingen ontstonden, duurde het nog lang voordat ze dat wel deden. Trouwens, als er na de definitieve eliminatie in de Melkweg "slechts" duizend beschavingen waren en ze zouden ongeveer even lang hebben bestaan ​​als de onze (tot nu toe ongeveer 10 XNUMX jaar), dan zijn ze hoogstwaarschijnlijk al verdwenen, uitsterven of anderen verzamelen die ontoegankelijk zijn voor onze niveauontwikkeling, die later zal worden besproken.

Merk op dat zelfs ‘tegelijkertijd’ bestaande beschavingen moeite hebben met communiceren. Al was het maar om de reden dat als ze maar 10 lichtjaar verwijderd waren, het hen 20 lichtjaar zou kosten om een ​​vraag te stellen en deze vervolgens te beantwoorden. jaar. Kijkend naar de geschiedenis van de aarde kan het niet worden uitgesloten dat in zo'n tijdsbestek de beschaving zou kunnen ontstaan ​​en van de oppervlakte zou kunnen verdwijnen...

Alleen vergelijking van onbekenden

Proberen te beoordelen of er daadwerkelijk een buitenaardse beschaving zou kunnen bestaan, Frank Drake in de jaren zestig stelde hij de beroemde vergelijking voor - een formule waarvan de taak is om 'memanologisch' het bestaan ​​van intelligente rassen in onze Melkweg te bepalen. Hier gebruiken we een term die vele jaren geleden werd bedacht door Jan Tadeusz Stanislawski, een satiricus en auteur van radio- en televisielezingen over ‘toegepaste manologie’, omdat het woord passend lijkt voor deze overwegingen.

volgens Drake-vergelijking – N, het aantal buitenaardse beschavingen waarmee de mensheid kan communiceren, is het product van:

R_* is de snelheid van stervorming in onze Melkweg;

f_p is het percentage sterren met planeten;

n_e is het gemiddelde aantal planeten in de bewoonbare zone van een ster, d.w.z. die waarop leven kan ontstaan;

f_l is het percentage planeten in de bewoonbare zone waarop leven zal ontstaan;

f_i is het percentage bewoonde planeten waarop het leven intelligentie zal ontwikkelen (d.w.z. een beschaving zal creëren);

f_c - het percentage beschavingen dat met de mensheid wil communiceren;

L is de gemiddelde levensduur van dergelijke beschavingen.

Zoals je kunt zien, bestaat de vergelijking uit bijna alle onbekenden. We kennen immers niet de gemiddelde duur van het bestaan ​​van een beschaving, noch het percentage van degenen die contact met ons willen opnemen. Als we sommige resultaten in de ‘min of meer’-vergelijking plaatsen, blijkt dat er honderden of zelfs duizenden van dergelijke beschavingen in onze Melkweg kunnen zijn.

Drake-vergelijking en de auteur ervan

Zeldzame aarde en kwaadaardige aliens

Zelfs als we de componenten van de Drake-vergelijking vervangen door conservatieve waarden, krijgen we potentieel duizenden beschavingen die vergelijkbaar zijn met de onze of intelligenter zijn. Maar als dat zo is, waarom nemen ze dan geen contact met ons op? Dit is de zgn Fermi-paradox. Hij heeft veel "oplossingen" en verklaringen, maar met de huidige stand van de technologie - en nog meer een halve eeuw geleden - zijn ze allemaal als giswerk en blind schieten.

Deze paradox wordt bijvoorbeeld vaak verklaard zeldzame aarde-hypothesedat onze planeet in alle opzichten uniek is. Druk, temperatuur, afstand tot de zon, axiale kanteling of stralingsbeschermend magnetisch veld worden zo gekozen dat het leven zich zo lang mogelijk kan ontwikkelen en evolueren.

Natuurlijk ontdekken we steeds meer exoplaneten in de ecosfeer die kandidaten zouden kunnen zijn voor bewoonbare planeten. Recentelijk werden ze gevonden nabij onze dichtstbijzijnde ster, Proxima Centauri. Maar misschien zijn de ‘tweede aardes’ die rond buitenaardse zonnen zijn ontdekt, ondanks de overeenkomsten, niet ‘precies hetzelfde’ als onze planeet, en kan alleen door een dergelijke aanpassing een trotse technologische beschaving ontstaan? Misschien. Maar zelfs als we naar de aarde kijken, weten we dat het leven zelfs onder zeer ‘ongepaste’ omstandigheden gedijt.

Natuurlijk is er een verschil tussen het runnen en bouwen van internet en het sturen van Tesla naar Mars. Het probleem van de uniciteit zou kunnen worden opgelost als we ergens in de ruimte een planeet zouden kunnen vinden die precies op de aarde lijkt, maar zonder een technologische beschaving.

Bij het uitleggen van de Fermi-paradox praten ze soms over de zogenaamde slechte buitenaardse wezens. Dit wordt op verschillende manieren begrepen. Deze hypothetische buitenaardse wezens zouden dus ‘boos’ kunnen worden omdat iemand hen lastig wil vallen, zich wil bemoeien en storen – zodat ze zichzelf isoleren, niet reageren op weerhaken en met niemand meer te maken willen hebben. Er zijn ook fantasieën over ‘inherent slechte’ buitenaardse wezens die elke beschaving die ze tegenkomen vernietigen. De technologisch zeer geavanceerde mensen zelf willen niet dat andere beschavingen een sprong voorwaarts maken en een bedreiging voor hen worden.

Het is ook de moeite waard om te onthouden dat het leven in de ruimte onderhevig is aan verschillende rampen, die we kennen uit de geschiedenis van onze planeet. We hebben het over ijstijd, gewelddadige reacties van een ster, bombardementen door meteoren, asteroïden of kometen, botsingen met andere planeten of zelfs straling. Zelfs als dergelijke gebeurtenissen de hele planeet niet steriliseren, kunnen ze het einde van de beschaving betekenen.

Het is voor sommigen ook mogelijk dat we een van de eerste beschavingen in het universum zijn – zo niet de eerste – en dat we nog niet voldoende geëvolueerd zijn om in contact te kunnen komen met minder geavanceerde beschavingen die later ontstonden. Als dit zo zou zijn, zou het probleem van het zoeken naar intelligente wezens in de buitenaardse ruimte nog steeds onoplosbaar zijn. Bovendien zou de hypothetische ‘jonge’ beschaving niet slechts een paar decennia jonger kunnen zijn dan wij, om er op afstand contact mee te kunnen maken.

Ook aan de voorzijde is het raam niet al te groot. De technologie en kennis van een beschaving duizend jaar geleden zouden voor ons net zo onbegrijpelijk kunnen zijn als voor een man van de kruistochten van vandaag. Veel geavanceerdere beschavingen zouden op onze wereld lijken op mieren uit een mierenhoop langs de weg.

Speculatief zogenaamd Kardashev-schaalwiens taak het is om hypothetische beschavingsniveaus te kwalificeren op basis van de hoeveelheid energie die ze verbruiken. Volgens haar zijn we nog niet eens een beschaving typ ik, dat wil zeggen iemand die het vermogen beheerst om de energiebronnen van zijn eigen planeet te gebruiken. Beschaving type II is in staat om alle energie rond een ster te benutten, bijvoorbeeld door gebruik te maken van een structuur die een ‘Dyson-bol’ wordt genoemd. Beschaving type III Volgens deze aannames vangt het alle energie van de melkweg op. Bedenk echter dat dit concept is gecreëerd als onderdeel van een onvoltooide Tier I-beschaving, die tot voor kort nogal ten onrechte werd voorgesteld als een beschaving die op zoek was naar een Type II-vooruitgang om een ​​Dyson-bol rond zijn ster te bouwen (sterrenlichtanomalie). KIK8462852).

Als er een beschaving van type II zou zijn, en nog meer III, dan zouden we die zeker zien en contact met ons opnemen - sommigen van ons denken van wel, verder bewerend dat, aangezien we zulke geavanceerde buitenaardse wezens niet zien of op een andere manier leren kennen, ze bestaan ​​gewoon niet.. Een andere verklaring voor de Fermi-paradox zegt echter dat beschavingen op deze niveaus onzichtbaar en onherkenbaar voor ons zijn - om nog maar te zwijgen van het feit dat ze, volgens de space zoo-hypothese, geen aandacht schenken aan zulke onderontwikkelde wezens.

Na de tests of ervoor?

Naast discussies over hoogontwikkelde beschavingen wordt de Fermi-paradox soms verklaard door de concepten evolutionaire filters in de ontwikkeling van de beschaving. Volgens hen is er een fase in het evolutieproces die onmogelijk of zeer onwaarschijnlijk lijkt voor het leven. Het heet Het grote filter, wat de grootste doorbraak is in de geschiedenis van het leven op aarde.

Wat onze menselijke ervaring betreft, weten we niet zeker of we achter, voor of midden in de grote filtering staan. Als we dit filter konden overwinnen, zou het een onoverkomelijke barrière kunnen zijn geweest voor de meeste levensvormen in de bekende ruimte, en we zijn uniek. Filtratie kan vanaf het allereerste begin plaatsvinden, bijvoorbeeld tijdens de transformatie van een prokaryotische cel in een complexe eukaryotische cel. Als dit zo zou zijn, zou het leven in de ruimte zelfs heel gewoon kunnen zijn, maar dan in de vorm van cellen zonder kernen. Misschien zijn wij slechts de eersten die door het Grote Filter gaan? Dit brengt ons terug bij het reeds genoemde probleem, namelijk de moeilijkheid van communiceren op afstand.

Het is ook mogelijk dat er nog een doorbraak in de ontwikkeling voor ons ligt. Van enig succes kon toen geen sprake zijn.

Dit zijn allemaal zeer speculatieve overwegingen. Sommige wetenschappers bieden meer alledaagse verklaringen voor het gebrek aan buitenaardse signalen. Alan Stern, hoofdwetenschapper bij New Horizons, zegt dat de paradox misschien een eenvoudige oplossing heeft. dikke ijskorstdie de oceanen op andere hemellichamen omringt. De onderzoeker trekt deze conclusie op basis van recente ontdekkingen in het zonnestelsel: onder de korst van veel manen liggen oceanen van vloeibaar water. In sommige gevallen (Europa, Enceladus) komt water in contact met rotsachtige grond en wordt daar hydrothermische activiteit geregistreerd. Dit zou moeten bijdragen aan het ontstaan ​​van leven.

Een dikke ijskorst kan het leven beschermen tegen vijandige verschijnselen in de ruimte. We hebben het hier onder meer over sterke stellaire uitbarstingen, asteroïde-inslagen of straling nabij een gasreus. Aan de andere kant kan het een ontwikkelingsbarrière vormen die zelfs voor hypothetisch intelligent leven moeilijk te overwinnen is. Dergelijke aquatische beschavingen kennen misschien niet eens een ruimte buiten de dikke ijskorst. Het is moeilijk om er zelfs maar van te dromen om buiten de grenzen en het watermilieu te gaan - het zou veel moeilijker zijn dan voor ons, voor wie de ruimte, afgezien van de atmosfeer van de aarde, ook geen erg vriendelijke plek is.

Zijn we op zoek naar leven of naar een geschikte plek om te wonen?

Hoe dan ook moeten wij aardbewoners ook nadenken over waar we werkelijk naar op zoek zijn: het leven als zodanig of een plek die geschikt is voor een leven zoals het onze. Ervan uitgaande dat we met niemand een ruimteoorlog willen voeren, zijn dit twee verschillende dingen. Planeten die levensvatbaar zijn maar geen geavanceerde beschavingen hebben, kunnen gebieden worden voor potentiële kolonisatie. En we vinden steeds meer van zulke veelbelovende plekken. We kunnen nu al observatiehulpmiddelen gebruiken om te bepalen of een planeet draait in een zogenaamde baan. levenszone rond een sterof het rotsachtig is en een temperatuur heeft die geschikt is voor vloeibaar water. Binnenkort kunnen we ontdekken of daar echt water is en de samenstelling van de atmosfeer bepalen.

De levenszone rond sterren afhankelijk van hun grootte en voorbeelden van aardachtige exoplaneten (horizontale coördinaat - afstand tot de ster (JA); verticale coördinaat - stermassa (ten opzichte van de zon)).

Vorig jaar ontdekten wetenschappers met behulp van het ESO HARPS-instrument en een aantal telescopen over de hele wereld de exoplaneet LHS 1140b als de bekendste kandidaat voor leven. Het draait om de rode dwerg LHS 1140, 18 lichtjaar van de aarde. Astronomen schatten dat de planeet minstens vijf miljard jaar oud is. Ze concludeerden dat het een diameter heeft van bijna 1,4 1140. km - dat is XNUMX keer de grootte van de aarde. Studies van de massa en dichtheid van LHS XNUMX b hebben geconcludeerd dat het waarschijnlijk een rots is met een dichte ijzeren kern. Klinkt bekend?

Iets eerder werd een systeem van zeven aardachtige planeten rond een ster beroemd. TRAPPIST-1. Ze zijn gelabeld "b" tot en met "h" in volgorde van afstand tot de gastster. De analyses uitgevoerd door wetenschappers en gepubliceerd in het januarinummer van Nature Astronomy suggereren dat vanwege matige oppervlaktetemperaturen, matige getijdenverwarming en een voldoende lage stralingsflux die niet leidt tot een broeikaseffect, de beste kandidaten voor bewoonbare planeten zijn " e ” objecten en “e”. Het is mogelijk dat de eerste de hele wateroceaan beslaat.

Planeten van het TRAPPIST-1-systeem

De ontdekking van omstandigheden die bevorderlijk zijn voor het leven lijkt dus binnen ons bereik te liggen. Het op afstand detecteren van het leven zelf, wat nog steeds relatief eenvoudig is en geen elektromagnetische golven uitzendt, is een heel ander verhaal. Wetenschappers van de Washington State University hebben echter een nieuwe methode voorgesteld als aanvulling op de lang voorgestelde zoektocht naar grote hoeveelheden. zuurstof in de atmosfeer van de planeet. Het zuurstofidee is goed omdat het moeilijk is om grote hoeveelheden zuurstof te produceren zonder leven, maar het is onbekend of al het leven zuurstof produceert.

“De biochemie van de zuurstofproductie is complex en kan zeldzaam zijn”, legt Joshua Chrissansen-Totton van de Universiteit van Washington uit in het tijdschrift Science Advances. Door de geschiedenis van het leven op aarde te analyseren, was het mogelijk een mengsel van gassen te identificeren, waarvan de aanwezigheid duidt op het bestaan ​​van zowel leven als zuurstof. Praten over mengsel van methaan en kooldioxide, zonder koolmonoxide. Waarom zonder de laatste? Feit is dat de koolstofatomen in beide moleculen verschillende oxidatietoestanden vertegenwoordigen. Het is zeer moeilijk om geschikte niveaus van oxidatie te bereiken door middel van niet-biologische processen zonder de daarmee gepaard gaande productie van reactiegemedieerd koolmonoxide. Als bijvoorbeeld de bron van methaan en CO₂ Er zijn vulkanen in de atmosfeer, deze zullen onvermijdelijk gepaard gaan met koolmonoxide. Bovendien wordt dit gas snel en gemakkelijk door micro-organismen opgenomen. Omdat het in de atmosfeer aanwezig is, zou het bestaan ​​van leven eerder moeten worden uitgesloten.

NASA is van plan om in 2019 te lanceren James Webb Ruimtetelescoopdie de atmosferen van deze planeten nauwkeuriger kunnen bestuderen op de aanwezigheid van zwaardere gassen zoals kooldioxide, methaan, water en zuurstof.

De eerste exoplaneet werd in de jaren negentig ontdekt. Sindsdien hebben we al bijna 90. exoplaneten in ongeveer 4 systemen bevestigd, waaronder een twintigtal die potentieel bewoonbaar lijken te zijn. Door betere hulpmiddelen te ontwikkelen voor het observeren van deze werelden, zullen we beter geïnformeerde inschattingen kunnen maken over de omstandigheden daar. En wat er van zal komen, valt nog te bezien.