پارادوکس فرمی پس از موجی از اکتشافات سیارات فراخورشیدی

در کهکشان RX J1131-1231، تیمی از اخترفیزیکدانان از دانشگاه اوکلاهاما اولین گروه شناخته شده سیارات خارج از کهکشان راه شیری را کشف کردند. اجسامی که توسط تکنیک میکرولنزینگ گرانشی "ردیابی" می شوند، جرم های متفاوتی دارند - از قمری تا مشتری مانند. آیا این کشف پارادوکس فرمی را متناقض تر می کند؟

تقریباً به همان تعداد ستاره در کهکشان ما وجود دارد (100-400 میلیارد)، تقریباً به همان تعداد کهکشان در جهان مرئی - بنابراین برای هر ستاره در کهکشان راه شیری وسیع ما یک کهکشان کامل وجود دارد. به طور کلی، برای 10 سال²² به 10²⁴ ستاره ها. دانشمندان درباره اینکه چه تعداد ستاره شبیه خورشید ما هستند (یعنی از نظر اندازه، دما، روشنایی مشابه) اتفاق نظر ندارند - تخمین‌ها بین 5 تا 20 درصد است. گرفتن اولین مقدار و انتخاب کمترین تعداد ستاره (10²²) 500 تریلیون یا یک میلیارد میلیارد ستاره مانند خورشید به دست می آوریم.

بر اساس مطالعات و برآوردهای PNAS (مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم)، حداقل 1 درصد از ستارگان جهان به دور سیاره ای می چرخند که قادر به پشتیبانی از حیات است - بنابراین ما در مورد تعداد 100 میلیارد میلیارد سیاره با خواص مشابه صحبت می کنیم. به زمین. اگر فرض کنیم که پس از میلیاردها سال وجود، فقط 1% از سیارات زمین حیات پیدا می کنند و 1% از آنها حیات تکاملی به شکل هوشمند خواهند داشت، این بدان معناست که وجود دارد. یک سیاره بیلیارد با تمدن های هوشمند در جهان مرئی.

اگر فقط در مورد کهکشان خود صحبت کنیم و محاسبات را تکرار کنیم، با فرض تعداد دقیق ستاره های راه شیری (100 میلیارد)، به این نتیجه می رسیم که احتمالا حداقل یک میلیارد سیاره زمین مانند در کهکشان ما وجود دارد. و 100 XNUMX. تمدن های هوشمند!

برخی از اخترفیزیکدانان شانس تبدیل شدن بشر به اولین گونه از نظر فناوری پیشرفته را 1 در 10 می دانند.²²یعنی ناچیز می ماند. از سوی دیگر، جهان برای حدود 13,8 میلیارد سال است. حتی اگر تمدن ها در چند میلیارد سال اول به وجود نیامدند، هنوز زمان زیادی تا ظهور آنها باقی مانده بود. به هر حال ، اگر پس از حذف نهایی در کهکشان راه شیری "فقط" هزار تمدن وجود داشت و آنها تقریباً مشابه تمدن ما (تا کنون حدود 10 XNUMX سال) وجود داشتند ، به احتمال زیاد قبلاً ناپدید شده اند. از بین رفتن یا جمع آوری افراد غیرقابل دسترس برای توسعه سطح ما، که بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت.

توجه داشته باشید که حتی "همزمان" تمدن های موجود به سختی ارتباط برقرار می کنند. اگر فقط به این دلیل که اگر فقط 10 هزار سال نوری وجود داشت، 20 هزار سال نوری طول می کشید تا یک سوال بپرسند و سپس به آن پاسخ دهند. سال ها. با نگاهی به تاریخ زمین، نمی توان رد کرد که در چنین دوره ای تمدنی می تواند پدید آید و از سطح زمین محو شود...

معادله فقط از مجهولات

در تلاش برای ارزیابی اینکه آیا یک تمدن بیگانه واقعاً می تواند وجود داشته باشد، فرانک دریک در دهه 60 او معادله معروف را پیشنهاد کرد - فرمولی که وظیفه آن تعیین "ممانولوژیک" وجود نژادهای هوشمند در کهکشان ما است. در اینجا ما از اصطلاحی استفاده می کنیم که سال ها پیش توسط Jan Tadeusz Stanisławski، طنزپرداز و نویسنده «سخنرانی» رادیو و تلویزیون در مورد «مانولوژی کاربردی» ابداع شد، زیرا این واژه برای این ملاحظات مناسب به نظر می رسد.

طبق معادله دریک – N، تعداد تمدن‌های فرازمینی که بشریت می‌تواند با آنها ارتباط برقرار کند، حاصل:

R_* سرعت تشکیل ستاره در کهکشان ما است.

f_p درصد ستارگان با سیارات است.

n_e میانگین تعداد سیارات در منطقه قابل سکونت یک ستاره است، یعنی سیاراتی که می تواند در آنها حیات ایجاد شود.

f_l درصدی از سیارات در منطقه قابل سکونت است که در آنها حیات بوجود می آید.

f_i درصدی از سیارات مسکونی است که زندگی در آنها هوش ایجاد می کند (یعنی ایجاد یک تمدن).

f_c - درصد تمدن هایی که می خواهند با بشریت ارتباط برقرار کنند.

L میانگین طول عمر چنین تمدن هایی است.

همانطور که می بینید، معادله تقریباً از تمام مجهولات تشکیل شده است. از این گذشته، ما نه میانگین مدت وجود یک تمدن را می دانیم و نه درصد کسانی که می خواهند با ما تماس بگیرند. با جایگزینی برخی از نتایج به معادله "کم و بیش"، معلوم می شود که ممکن است صدها، اگر نه هزاران، چنین تمدنی در کهکشان ما وجود داشته باشد.

معادله دریک و نویسنده آن

زمین های کمیاب و بیگانگان شیطانی

حتی با جایگزینی مقادیر محافظه کارانه برای اجزای معادله دریک، به طور بالقوه هزاران تمدن مشابه تمدن ما یا باهوش تر به دست می آوریم. اما اگر چنین است، چرا با ما تماس نمی گیرند؟ این به اصطلاح پارادوکس فرمیگو. او "راه حل ها" و توضیحات زیادی دارد، اما با وضعیت فعلی فناوری - و حتی بیشتر از آن نیم قرن پیش - همه آنها مانند حدس و گمان و تیراندازی کور هستند.

این پارادوکس، برای مثال، اغلب توضیح داده می شود فرضیه زمین کمیابکه سیاره ما از هر نظر منحصر به فرد است. فشار، دما، فاصله از خورشید، شیب محوری، یا میدان مغناطیسی محافظ تشعشع به گونه‌ای انتخاب می‌شوند که حیات تا زمانی که ممکن است توسعه یافته و تکامل یابد.

البته، ما در حال کشف سیارات فراخورشیدی بیشتری در اکوسفر هستیم که می توانند نامزد سیارات قابل سکونت باشند. اخیراً آنها در نزدیکی نزدیکترین ستاره به ما - پروکسیما قنطورس - پیدا شده اند. شاید، با وجود شباهت‌ها، «زمین‌های دوم» که در اطراف خورشیدهای بیگانه یافت می‌شوند، «دقیقاً مشابه» سیاره ما نیستند و تنها در چنین انطباق‌هایی است که می‌توان یک تمدن تکنولوژیک غرورآفرین پدید آمد؟ شاید. با این حال، حتی با نگاه کردن به زمین، می دانیم که زندگی در شرایط بسیار "نامناسب" رشد می کند.

البته بین مدیریت و ساخت اینترنت و ارسال تسلا به مریخ تفاوت وجود دارد. اگر بتوانیم در جایی در فضا سیاره ای دقیقاً شبیه زمین، اما خالی از تمدن تکنولوژیکی پیدا کنیم، مشکل منحصر به فرد بودن حل می شود.

هنگام توضیح پارادوکس فرمی، گاهی اوقات از به اصطلاح صحبت می شود بیگانگان بد. این به طرق مختلف درک می شود. بنابراین این بیگانگان فرضی می توانند "عصبانی" شوند که کسی می خواهد آنها را آزار دهد، مداخله کند و مزاحم شود - بنابراین آنها خود را منزوی می کنند، به خارها پاسخ نمی دهند و نمی خواهند با کسی کاری داشته باشند. همچنین فانتزی هایی از موجودات بیگانه "به طور طبیعی شیطانی" وجود دارد که هر تمدنی را که با آن روبرو می شوند نابود می کند. خود افراد بسیار پیشرفته از نظر تکنولوژی نمی خواهند تمدن های دیگر به جلو بپرند و به تهدیدی برای آنها تبدیل شوند.

همچنین لازم به یادآوری است که زندگی در فضا در معرض فجایع مختلفی است که ما از تاریخ سیاره خود می دانیم. ما در مورد یخبندان، واکنش های خشونت آمیز ستاره، بمباران توسط شهاب ها، سیارک ها یا دنباله دارها، برخورد با سیارات دیگر یا حتی تشعشع صحبت می کنیم. حتی اگر چنین رویدادهایی کل سیاره را عقیم نکنند، می توانند پایان تمدن باشند.

همچنین، برخی رد نمی‌کنند که ما یکی از اولین تمدن‌های جهان هستیم - اگر نه اولین - و هنوز آنقدر تکامل نیافته‌ایم که بتوانیم با تمدن‌های کمتر پیشرفته‌ای که بعداً به وجود آمدند، ارتباط برقرار کنیم. اگر اینطور بود، مشکل یافتن موجودات هوشمند در فضای فرازمینی هنوز حل نشدنی بود. علاوه بر این، یک تمدن فرضی «جوان» نمی‌تواند تنها چند دهه از ما جوان‌تر باشد تا بتواند از راه دور با آن تماس بگیرد.

پنجره نیز جلوی آن خیلی بزرگ نیست. فناوری و دانش یک تمدن هزار ساله ممکن است برای ما به همان اندازه غیرقابل درک باشد که امروز برای مردی از جنگ های صلیبی. تمدن‌های بسیار پیشرفته‌تر مانند دنیای ما به مورچه‌هایی در یک تپه مورچه‌های کنار جاده خواهند بود.

به اصطلاح گمانه زنی مقیاس کارداشوووظیفه آنها این است که سطوح فرضی تمدن را با توجه به میزان انرژی مصرفی آنها مشخص کند. به گفته او، ما هنوز حتی یک تمدن نیستیم. نوع I، یعنی کسی که بر توانایی استفاده از منابع انرژی سیاره خود مسلط شده است. تمدن نوع II قادر به استفاده از تمام انرژی اطراف ستاره، به عنوان مثال، با استفاده از ساختاری به نام "کره دایسون". تمدن نوع III بر اساس این فرضیات، تمام انرژی کهکشان را جذب می کند. با این حال، به یاد داشته باشید که این مفهوم به عنوان بخشی از یک تمدن ناتمام ردیف اول ایجاد شد، که تا همین اواخر به اشتباه به عنوان تمدن نوع دوم برای ساختن کره دایسون در اطراف ستاره خود (ناهنجاری های نور ستاره) به تصویر کشیده می شد. KIK 8462852).

اگر تمدنی از نوع II و حتی بیشتر از آن III وجود داشت، ما قطعاً آن را می دیدیم و با ما ارتباط برقرار می کردیم - برخی از ما چنین فکر می کنیم، و همچنین استدلال می کنیم که از آنجایی که ما چنین بیگانگان پیشرفته ای را نمی بینیم یا نمی شناسیم، آنها به سادگی وجود ندارند. . با این حال، مکتب دیگری برای توضیح پارادوکس فرمی می‌گوید که تمدن‌ها در این سطوح برای ما نامرئی و غیرقابل تشخیص هستند - ناگفته نماند که طبق فرضیه باغ‌وحش فضایی، آنها به چنین موجودات توسعه نیافته توجهی نمی‌کنند.

بعد از تست یا قبل؟

علاوه بر استدلال در مورد تمدن های بسیار توسعه یافته، پارادوکس فرمی گاهی اوقات با مفاهیم توضیح داده می شود فیلترهای تکاملی در توسعه تمدن. به گفته آنها مرحله ای در روند تکامل وجود دارد که برای زندگی غیرممکن یا بسیار بعید به نظر می رسد. نامیده می شود فیلتر عالی، که بزرگترین پیشرفت در تاریخ حیات روی کره زمین است.

تا آنجا که به تجربه انسانی ما مربوط می شود، ما دقیقاً نمی دانیم که آیا عقب هستیم، جلوتر هستیم یا در میانه یک فیلتراسیون عالی هستیم. اگر ما توانستیم بر این فیلتر غلبه کنیم، ممکن است مانعی غیرقابل عبور برای اکثر اشکال حیات در فضای شناخته شده باشد و ما منحصر به فرد هستیم. فیلتراسیون می تواند از همان ابتدا رخ دهد، به عنوان مثال، در طول تبدیل یک سلول پروکاریوتی به یک سلول یوکاریوتی پیچیده. اگر چنین بود، زندگی در فضا حتی می توانست کاملاً معمولی باشد، اما به شکل سلول های بدون هسته. شاید ما اولین کسی هستیم که از فیلتر بزرگ عبور می کنیم؟ این ما را به مشکلی که قبلاً ذکر شد، یعنی دشواری برقراری ارتباط از راه دور برمی گرداند.

همچنین گزینه ای وجود دارد که یک پیشرفت در توسعه هنوز در پیش روی ما است. در آن زمان بحث هیچ موفقیتی مطرح نبود.

اینها همه ملاحظات بسیار حدس و گمان هستند. برخی از دانشمندان توضیحات پیش پا افتاده تری را برای فقدان سیگنال های بیگانه ارائه می دهند. آلن استرن، دانشمند ارشد در نیوهورایزنز، می گوید که تناقض را می توان به سادگی حل کرد. پوسته یخ ضخیمکه اقیانوس ها را بر روی اجرام آسمانی دیگر احاطه کرده است. محقق بر اساس اکتشافات اخیر در منظومه شمسی به این نتیجه می‌رسد: اقیانوس‌های آب مایع در زیر پوسته بسیاری از قمرها قرار دارند. در برخی موارد (اروپا، انسلادوس) آب با خاک سنگی تماس پیدا می کند و فعالیت هیدروترمال در آنجا ثبت می شود. این باید به ظهور زندگی کمک کند.

یک پوسته یخی ضخیم می تواند از زندگی در برابر پدیده های خصمانه در فضای بیرونی محافظت کند. ما در اینجا، در میان چیزهای دیگر، درباره شعله های ستاره ای قوی، برخورد سیارک ها یا تشعشعات نزدیک یک غول گازی صحبت می کنیم. از سوی دیگر، ممکن است مانعی بر سر راه توسعه باشد که غلبه بر آن حتی برای زندگی هوشمند فرضی دشوار است. چنین تمدن های آبی ممکن است اصلاً فضایی خارج از پوسته یخی ضخیم نشناسند. حتی تصور فراتر از محدودیت های آن و محیط آبی دشوار است - بسیار دشوارتر از ما است که فضای بیرونی، به جز جو زمین، مکان بسیار دوستانه ای نیز نیست.

آیا به دنبال زندگی یا مکان مناسبی برای زندگی هستیم؟

در هر صورت، ما زمینی ها باید به آنچه واقعاً به دنبال آن هستیم فکر کنیم: خود زندگی یا مکانی مناسب برای زندگی مانند ما. با فرض اینکه ما نمی خواهیم با کسی در جنگ های فضایی بجنگیم، اینها دو چیز متفاوت هستند. سیاراتی که قابل دوام هستند اما تمدن های پیشرفته ای ندارند می توانند به مناطق مستعمره بالقوه تبدیل شوند. و ما بیشتر و بیشتر از این مکان های امیدوار کننده پیدا می کنیم. ما می‌توانیم از ابزارهای رصدی برای تعیین اینکه آیا یک سیاره در مداری قرار دارد استفاده کنیم. منطقه زندگی در اطراف یک ستارهصخره ای و در دمای مناسب برای آب مایع. به زودی می توانیم تشخیص دهیم که آیا واقعاً آب در آنجا وجود دارد یا خیر و ترکیب جو را تعیین خواهیم کرد.

منطقه حیات اطراف ستارگان بسته به اندازه آنها و نمونه هایی از سیارات فراخورشیدی مشابه زمین (مختصات افقی - فاصله از ستاره (JA)؛ مختصات عمودی - جرم ستاره (نسبت به خورشید)).

سال گذشته، دانشمندان با استفاده از ابزار ESO HARPS و تعدادی تلسکوپ در سراسر جهان، سیاره فراخورشیدی LHS 1140b را به عنوان شناخته شده ترین نامزد حیات کشف کردند. به دور کوتوله قرمز LHS 1140 در فاصله 18 سال نوری از زمین می چرخد. ستاره شناسان تخمین می زنند که این سیاره حداقل پنج میلیارد سال سن دارد. آنها به این نتیجه رسیدند که قطر آن تقریباً 1,4 1140 است. کیلومتر - که XNUMX برابر زمین است. مطالعات جرم و چگالی LHS XNUMX b به این نتیجه رسیده است که احتمالاً سنگی با هسته آهنی متراکم است. آشنا به نظر می رسد؟

کمی قبل از آن، سیستمی متشکل از هفت سیاره زمین مانند در اطراف یک ستاره مشهور شد. TRAPPIST-1. آنها به ترتیب فاصله از ستاره میزبان از "b" تا "h" برچسب گذاری می شوند. تجزیه و تحلیل های انجام شده توسط دانشمندان و منتشر شده در شماره ژانویه Nature Astronomy نشان می دهد که به دلیل دمای متوسط ​​سطح، گرمایش جزر و مدی متوسط، و شار تابش به اندازه کافی کم که منجر به اثر گلخانه ای نمی شود، بهترین نامزد برای سیارات قابل سکونت هستند. ” اشیاء و “e”. ممکن است که اولی کل اقیانوس آب را بپوشاند.

سیارات سیستم TRAPPIST-1

بنابراین، کشف شرایط مساعد برای زندگی از قبل در دسترس ما به نظر می رسد. تشخیص از راه دور خود حیات، که هنوز هم نسبتاً ساده است و امواج الکترومغناطیسی ساطع نمی کند، داستان کاملاً متفاوتی است. با این حال، دانشمندان دانشگاه واشنگتن روش جدیدی را برای تکمیل جستجوی طولانی مدت برای اعداد بزرگ ارائه کرده اند. اکسیژن در جو سیاره. خوبی ایده اکسیژن این است که تولید مقادیر زیادی اکسیژن بدون حیات دشوار است، اما معلوم نیست که آیا تمام زندگی اکسیژن تولید می کند یا خیر.

Joshua Crissansen-Totton از دانشگاه واشنگتن در مجله Science Advances توضیح می دهد: "بیوشیمی تولید اکسیژن پیچیده است و می تواند نادر باشد." با تجزیه و تحلیل تاریخچه حیات بر روی زمین، می توان مخلوطی از گازها را شناسایی کرد که وجود آنها نشان دهنده وجود حیات به همان روش اکسیژن است. صحبت از مخلوطی از متان و دی اکسید کربن، بدون مونوکسید کربن. چرا آخری نیست؟ واقعیت این است که اتم های کربن در هر دو مولکول نشان دهنده درجات مختلف اکسیداسیون هستند. به دست آوردن سطوح مناسب اکسیداسیون توسط فرآیندهای غیر بیولوژیکی بدون تشکیل همزمان مونوکسید کربن با واسطه واکنش بسیار دشوار است. اگر برای مثال منبع متان و CO باشد₂ آتشفشان هایی در جو وجود دارد، آنها به ناچار با مونوکسید کربن همراه خواهند بود. علاوه بر این، این گاز به سرعت و به راحتی توسط میکروارگانیسم ها جذب می شود. از آنجایی که در جو وجود دارد، باید وجود حیات را رد کرد.

برای سال 2019، ناسا قصد دارد پرتاب کند تلسکوپ فضایی جیمز وبکه قادر به بررسی دقیق اتمسفر این سیارات برای وجود گازهای سنگین تر مانند دی اکسید کربن، متان، آب و اکسیژن خواهد بود.

اولین سیاره فراخورشیدی در دهه 90 کشف شد. از آن زمان تاکنون، تقریباً 4 سیاره فراخورشیدی را در حدود 2800 منظومه، از جمله حدود XNUMX سیاره که به نظر می رسد به طور بالقوه قابل سکونت هستند، تأیید کرده ایم. با توسعه ابزارهای بهتر برای مشاهده این دنیاها، می‌توانیم حدس‌های آگاهانه‌تری در مورد شرایط آنجا انجام دهیم. و اینکه از آن چه خواهد شد باید دید.