Парадокс Ферми после волны экзопланетных открытий

В галактике RX J1131-1231 группа астрофизиков из Университета Оклахомы обнаружила первую известную нам группу планет за пределами Млечного Пути. Объекты, «отслеживаемые» с помощью техники гравитационного микролинзирования, имеют разную массу — от лунной до юпитериоподобной. Делает ли это открытие парадокс Ферми более парадоксальным?

В нашей галактике примерно столько же звезд (100-400 миллиардов), примерно столько же галактик в видимой Вселенной – так что на каждую звезду в нашем огромном Млечном Пути приходится целая галактика. В общем, уже 10 лет²² к 10²⁴ звезды. У ученых нет единого мнения о том, сколько звезд похожи на наше Солнце (т.е. сходны по размеру, температуре, яркости) — оценки колеблются от 5% до 20%. Принимая первое значение и выбирая наименьшее количество звезд (10²²), мы получаем 500 триллионов или миллиард миллиардов звезд, подобных Солнцу.

Согласно исследованиям и оценкам PNAS («Известия Национальной академии наук»), не менее 1% звезд во Вселенной вращается вокруг планеты, способной поддерживать жизнь — так что речь идет о числе 100 миллиард миллиардов планет со свойствами, подобными Земле. Если предположить, что через миллиарды лет существования только 1% земных планет разовьет жизнь, и 1% из них будет иметь эволюционную жизнь в разумной форме, это будет означать, что существует одна бильярдная планета с разумными цивилизациями в видимой вселенной.

Если мы будем говорить только о нашей галактике и повторим расчеты, предполагая точное количество звезд в Млечном Пути (100 миллиардов), мы придем к выводу, что в нашей Галактике, вероятно, существует не менее миллиарда планет, подобных земле. и 100 XNUMX. разумные цивилизации!

Некоторые астрофизики оценивают вероятность того, что человечество станет первым технологически развитым видом, в 1 к 10.²²то есть он остается незначительным. С другой стороны, Вселенная существует около 13,8 миллиардов лет. Даже если цивилизации не возникли в первые несколько миллиардов лет, до их появления оставалось еще много времени. Кстати, если бы после окончательной ликвидации в Млечном Пути было “всего” тысяча цивилизаций и они просуществовали бы примерно столько же, сколько наша (пока около 10 XNUMX лет), то они, скорее всего, уже исчезли, вымирая или собираясь другие недоступные нашему уровню развития, о которых чуть позже.

Заметим, что даже «одновременно» существующие цивилизации с трудом общаются. Хотя бы по той причине, что если бы их было всего 10 тыс. световых лет, им потребовалось бы 20 XNUMX, чтобы задать вопрос, а затем ответить на него. годы. Глядя на историю Земли, нельзя исключать, что в такие сроки цивилизация может зародиться и исчезнуть с поверхности…

Уравнение только из неизвестных

Пытаясь оценить, может ли на самом деле существовать инопланетная цивилизация, Фрэнк Дрейк в 60-х он предложил знаменитое уравнение — формулу, задача которой — «меманологически» определить существование разумных рас в нашей галактике. Здесь мы используем термин, введенный много лет назад Яном Тадеушем Станиславским, сатириком, автором радио- и телевизионных «лекций» по «прикладной манологии», потому что это слово кажется подходящим для этих соображений.

По словам Уравнение Дрейка – N, количество внеземных цивилизаций, с которыми человечество может общаться, является произведением:

R_* – скорость звездообразования в нашей Галактике;

f_p – процент звезд с планетами;

n_e – среднее число планет в обитаемой зоне звезды, т. е. тех, на которых может возникнуть жизнь;

f_l – процент планет в обитаемой зоне, на которых зародится жизнь;

f_i – процент обитаемых планет, на которых жизнь разовьет разум (т.е. создаст цивилизацию);

f_c – процент цивилизаций, которые захотят общаться с человечеством;

L – среднее время жизни таких цивилизаций.

Как видите, уравнение состоит почти из всех неизвестных. Ведь мы не знаем ни средней продолжительности существования цивилизации, ни процента тех, кто захочет с нами связаться. Подставляя некоторые результаты в уравнение «более-менее», получается, что в нашей галактике могут быть сотни, а то и тысячи таких цивилизаций.

Уравнение Дрейка и его автор

Редкая земля и злые пришельцы

Даже подставляя консервативные значения под компоненты уравнения Дрейка, мы получаем потенциально тысячи цивилизаций, похожих на нашу или более разумных. Но если да, то почему они не связываются с нами? Это так называемый Paradoks Fermiego. У него много “решений” и объяснений, но при нынешнем состоянии техники – а уж тем более полвека назад – все они как догадки и стрельба вслепую.

Этот парадокс, например, часто объясняется гипотеза редкоземельных элементовчто наша планета уникальна во всех отношениях. Давление, температура, расстояние от Солнца, наклон оси или защищающее от излучения магнитное поле выбираются так, чтобы жизнь могла развиваться и эволюционировать как можно дольше.

Конечно, мы обнаруживаем в экосфере все больше и больше экзопланет, которые могут быть кандидатами на обитаемые планеты. Совсем недавно их нашли возле ближайшей к нам звезды — Проксимы Центавра. Может быть, однако, несмотря на сходство, «вторые Земли», обнаруженные вокруг чужих солнц, не являются «точно такими же» как наша планета, и только в таком приспособлении может возникнуть гордая технологическая цивилизация? Возможно. Однако мы знаем, даже глядя на Землю, что жизнь прекрасно себя чувствует и в очень «несоответствующих» условиях.

Конечно, есть разница между управлением и построением Интернета и отправкой Теслы на Марс. Проблема уникальности могла бы быть решена, если бы мы могли найти где-нибудь в космосе планету, в точности похожую на Землю, но лишенную технологической цивилизации.

При объяснении парадокса Ферми иногда говорят о так называемом плохие инопланетяне. Это понимается по-разному. Так что эти гипотетические инопланетяне могут «сердиться» на то, что кто-то хочет их побеспокоить, вмешиваться и беспокоить — поэтому они изолируют себя, не реагируют на колкости и не хотят ни с кем иметь ничего общего. Есть также фантазии о «злых по своей природе» инопланетянах, которые уничтожают каждую цивилизацию, с которой сталкиваются. Сами очень технологически продвинутые не хотят, чтобы другие цивилизации сделали скачок вперед и стали представлять для них угрозу.

Также стоит помнить, что жизнь в космосе подвержена различным катастрофам, которые мы знаем из истории нашей планеты. Речь идет об оледенении, бурных реакциях звезды, бомбардировке метеорами, астероидами или кометами, столкновениях с другими планетами или даже радиации. Даже если такие события не стерилизуют всю планету, они могут стать концом цивилизации.

Также некоторые не исключают, что мы являемся одной из первых цивилизаций во вселенной — если не первой — и что мы еще недостаточно развились, чтобы быть в состоянии вступить в контакт с менее развитыми цивилизациями, возникшими позже. Если бы это было так, то проблема поиска разумных существ во внеземном пространстве была бы пока неразрешимой. Тем более, что гипотетическая «молодая» цивилизация не могла быть моложе нас всего на несколько десятков лет, чтобы иметь возможность контактировать с ней удаленно.

Окно тоже не слишком большое спереди. Технологии и знания цивилизации тысячелетней давности могли быть для нас столь же непонятны, как в наши дни для человека из крестовых походов. Цивилизации гораздо более развитые походили бы на наш мир муравьям из придорожного муравейника.

Спекулятивная так называемая Шкала Кардашевочья задача состоит в том, чтобы квалифицировать гипотетические уровни цивилизации в соответствии с количеством потребляемой ими энергии. По ней мы еще даже не цивилизация тип I, то есть тот, который освоил способность использовать энергетические ресурсы собственной планеты. Цивилизация тип II умеет использовать всю энергию, окружающую звезду, например, с помощью структуры под названием «сфера Дайсона». Цивилизация тип III Согласно этим предположениям, он захватывает всю энергию галактики. Помните, однако, что эта концепция была создана как часть незавершенной цивилизации I уровня, которая до недавнего времени довольно ошибочно представлялась как цивилизация, стремящаяся к продвижению Типа II по строительству сферы Дайсона вокруг своей звезды (аномалии звездного света). КИК 8462852).

Если бы существовала цивилизация типа II, а тем более III, мы бы ее обязательно увидели и вступили с нами в контакт – так думают некоторые из нас, далее рассуждая, что раз мы не видим или иным образом познакомились с такими продвинутые пришельцы, их просто нет. Другая школа объяснения парадокса Ферми, однако, говорит, что цивилизации на этих уровнях невидимы и неузнаваемы для нас — не говоря уже о том, что они, согласно гипотезе космического зоопарка, не обращают внимания на таких недоразвитых существ.

После испытаний или еще до?

Помимо рассуждений о высокоразвитых цивилизациях, парадокс Ферми иногда объясняют концепциями эволюционные фильтры в развитии цивилизации. По их мнению, в процессе эволюции существует этап, который кажется невозможным или очень маловероятным для жизни. Это называется Великий фильтр, что является величайшим прорывом в истории жизни на планете.

Что касается нашего человеческого опыта, мы точно не знаем, находимся ли мы позади, впереди или в середине великой фильтрации. Если нам удалось преодолеть этот фильтр, возможно, это был непреодолимый барьер для большинства форм жизни в известном космосе, и мы уникальны. Фильтрация может происходить с самого начала, например, при трансформации прокариотической клетки в сложную эукариотическую клетку. Если бы это было так, жизнь в космосе могла бы быть даже вполне обычной, но в виде клеток без ядер. Может быть, мы просто первые, кто прошел через Великий фильтр? Это возвращает нас к уже упомянутой проблеме, а именно к трудности общения на расстоянии.

Также есть вариант, что прорыв в развитии нас еще ждет впереди. Ни о каком успехе тогда не могло быть и речи.

Все это весьма спекулятивные соображения. Некоторые ученые предлагают более приземленные объяснения отсутствия сигналов пришельцев. Алан Стерн, главный научный сотрудник New Horizons, говорит, что парадокс может быть решен просто. толстая ледяная коркакоторый окружает океаны на других небесных телах. Такой вывод исследователь делает на основании недавних открытий в Солнечной системе: океаны жидкой воды лежат под корками многих лун. В некоторых случаях (Европа, Энцелад) вода соприкасается с каменистым грунтом и там фиксируется гидротермальная деятельность. Это должно способствовать возникновению жизни.

Толстая ледяная корка может защитить жизнь от враждебных явлений в космическом пространстве. Мы говорим здесь, среди прочего с сильными звездными вспышками, ударами астероидов или излучением вблизи газового гиганта. С другой стороны, он может представлять собой барьер для развития, который трудно преодолеть даже для гипотетической разумной жизни. Такие водные цивилизации могут вообще не знать никакого пространства за пределами толстой ледяной корки. О том, чтобы выйти за ее пределы и водную среду, трудно даже мечтать — это было бы гораздо сложнее, чем нам, для которых космическое пространство, кроме земной атмосферы, тоже не очень дружелюбное место.

Мы ищем жизнь или подходящее место для жизни?

В любом случае, мы, земляне, должны также подумать о том, что мы действительно ищем: жизнь как таковую или место, подходящее для жизни, подобное нашему. Если предположить, что мы не хотим ни с кем вести космические войны, это две разные вещи. Планеты, которые жизнеспособны, но не имеют развитых цивилизаций, могут стать областью потенциальной колонизации. И таких перспективных мест мы находим все больше и больше. Мы уже можем использовать инструменты наблюдения, чтобы определить, вращается ли планета по так называемой орбите. зона жизни вокруг звездыкаменистая ли она и при температуре, подходящей для жидкой воды. Вскоре мы сможем обнаружить, действительно ли там есть вода, и определить состав атмосферы.

Зона жизни вокруг звезд в зависимости от их размеров и примеры землеподобных экзопланет (горизонтальная координата – расстояние от звезды (JA); вертикальная координата – масса звезды (относительно солнечной)).

В прошлом году, используя прибор ESO HARPS и ряд телескопов по всему миру, ученые обнаружили экзопланету LHS 1140b как наиболее известного кандидата на существование жизни. Он вращается вокруг красного карлика LHS 1140 в сорока световых годах от Земли. По оценкам астрономов, планете не менее пяти миллиардов лет. Они пришли к выводу, что он имеет диаметр почти 18 1,4. км – что в 1140 раза больше Земли. Исследования массы и плотности LHS XNUMX b привели к выводу, что это, вероятно, порода с плотным железным ядром. Звучит знакомо?

Чуть ранее прославилась система из семи землеподобных планет вокруг звезды. ТРАППИСТ-1. Они обозначены буквами от «b» до «h» в порядке удаления от звезды-хозяина. Анализы, проведенные учеными и опубликованные в январском номере «Nature Astronomy», свидетельствуют о том, что из-за умеренной температуры поверхности, умеренного приливного нагрева и достаточно низкого потока радиации, не приводящего к парниковому эффекту, лучшими кандидатами на пригодные для жизни планеты являются « д” объекты и “е”. Не исключено, что первый охватывает весь водный океан.

Планеты системы TRAPPIST-1

Таким образом, обнаружение условий, способствующих жизни, кажется, уже в пределах нашей досягаемости. Дистанционное обнаружение самой жизни, которая пока относительно проста и не излучает электромагнитные волны, — это совсем другая история. Однако ученые из Университета штата Вашингтон предложили новый метод, дополняющий давно предложенный поиск больших количеств. кислород в атмосфере планеты. Идея с кислородом хороша тем, что трудно производить большое количество кислорода без жизни, но неизвестно, производит ли вся жизнь кислород.

«Биохимия производства кислорода сложна и может быть редкой», — объясняет Джошуа Криссансен-Тоттон из Вашингтонского университета в журнале Science Advances. Анализируя историю жизни на Земле, удалось выявить смесь газов, присутствие которых указывает на существование жизни так же, как и кислорода. Говоря о смесь метана и углекислого газа, без угарного газа. Почему без последнего? Дело в том, что атомы углерода в обеих молекулах представляют разные степени окисления. Очень трудно получить соответствующие уровни окисления с помощью небиологических процессов без сопутствующего образования опосредованного реакцией монооксида углерода. Если, например, источник метана и CO₂ есть вулканы в атмосфере, они неизбежно будут сопровождаться угарным газом. Более того, этот газ быстро и легко поглощается микроорганизмами. Поскольку он присутствует в атмосфере, скорее следует исключить существование жизни.

На 2019 год НАСА планирует запустить Космический телескоп Джеймса Уэббакоторые смогут более точно изучить атмосферы этих планет на наличие более тяжелых газов, таких как углекислый газ, метан, вода и кислород.

Первая экзопланета была обнаружена в 90-х годах. С тех пор мы уже подтвердили почти 4. экзопланеты примерно в 2800 системах, в том числе около двадцати, которые кажутся потенциально обитаемыми. Разработав более совершенные инструменты для наблюдения за этими мирами, мы сможем делать более осознанные предположения об условиях там. И что из этого получится, еще предстоит увидеть.