Корректировка знаменитого уравнения Дрейка может радикально изменить оценки количества разумных цивилизаций в нашей галактике.
Автор: Джордж Дворски
Астроном Фрэнк Дрейк сформулировал свое знаменитое уравнение в 1961 году, чтобы оценить количество цивилизаций в Млечном Пути, способных общаться с нами. С тех пор наше понимание планетарной науки сильно изменилось, и команда ученых предложила пару важных поправок, которые дают ответ, способный объяснить Великое Молчание.
Несмотря на свою популярность и интуитивность, уравнение Дрейка на протяжении многих лет подвергалось критике за широкие допущения и неоднозначные параметры; оно часто приводит к слишком оптимистичной оценке значения N — количества цивилизаций в нашей галактике, с которыми мы могли бы общаться. Это приводит к возникновению загадки, известной как «парадокс Ферми»: если разумная жизнь существует, то почему мы не нашли никаких доказательств ее существования? Новое исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, предлагает потенциальное решение проблемы путем добавления двух новых факторов.
Планетологи Роберт Стерн из Техасского университета в Далласе и Тарас Герья из ETH-Zurich, два соавтора исследования, предполагают, что наличие континентов и океанов, а также долгосрочная тектоника плит имеют решающее значение для возникновения развитых цивилизаций. В связи с этим они предлагают добавить в уравнение два фактора: долю пригодных для жизни планет со значительными континентами и океанами и долю планет с тектоникой плит, действующей не менее 500 миллионов лет. Однако эта поправка значительно уменьшает значение N в уравнении Дрейка.
«Наша работа говорит о том, что и наша планета Земля с континентами, океанами, тектоникой плит и жизнью, и наша активная, коммуникабельная, технологичная человеческая цивилизация крайне редки и уникальны во всей Галактике», — отметил Герья в интервью Gizmodo.
Факторы жизни
Традиционное уравнение Дрейка оценивает количество активных внеземных цивилизаций в Млечном Пути, учитывая несколько факторов, таких как скорость звездообразования, доля звезд с планетами, количество пригодных для жизни планет, доля планет с жизнью, на которых развивается разумная жизнь, и так далее. Предложенная корректировка уравнения позволяет уточнить оценки количества планет, на которых может развиться жизнь, и количества цивилизаций, обладающих обнаруживаемыми технологиями, за счет включения новых экологических, биологических и технологических факторов.
Исследователи утверждают, что наличие больших океанов, а также переход Земли от однослойной тектоники (стабильный поверхностный слой) к современной тектонике плит около 1 миллиарда лет назад сыграли решающую роль в быстром развитии сложной жизни. Эта геологическая активность не только создала начальные условия, необходимые для возникновения жизни, но и привела к появлению разнообразных сред с различным климатом и экосистемами, что способствовало эволюции продвинутых форм жизни, способных развивать технологии и сложные общества.
Согласно новому исследованию, тектоника плит имеет решающее значение для развития сложной жизни и развитых цивилизаций. Движения земных плит создают разнообразные среды обитания, перерабатывают питательные вещества и регулируют климат — все это очень важно для жизни. Для тектоники плит важно, чтобы она продолжалась 500 миллионов лет, объясняет Герья, потому что биологическая эволюция сложной многоклеточной жизни происходит крайне медленно. «На Земле потребовалось более 500 миллионов лет, чтобы из первых животных, появившихся около 800 миллионов лет назад, возник человек».
Технологии развиваются из повседневных нужд, таких как изготовление инструментов, земледелие, создание одежды и оружия, утверждают авторы, добавляя, что огонь и электричество «необходимы» для развития разумных цивилизаций. Сложные цивилизации, пишут авторы, вряд ли возникнут в сугубо океанической среде.
По мнению Стерна и Герье, планеты, где есть и континенты, и океаны, и долгосрочная тектоника плит — большая редкость, и эта возможность должна быть учтена в уравнении Дрейка.
Подставляем цифры
Чтобы выяснить, насколько вероятно наличие на планете континентов и океанов, Стерн и Герья посмотрели, сколько воды необходимо на поверхности планеты. Они обнаружили, что для существования континентов и океанов на планете размером с Землю вода должна составлять от 0,007 до 0,027 % ее массы. Затем Стерн и Герья сравнили этот показатель с общим возможным диапазоном содержания воды в планетах, который составляет от 0 до 3,8 % или даже от 0 до 55 %, в зависимости от того, как они сформировались. Что касается тектоники плит, то ученые использовали данные, показывающие, что только около 33 % планет имеют необходимые химические вещества для формирования достаточно плотных тектонических плит, необходимых для этого. Из них только половина достаточно велика и обладает достаточной гравитацией, чтобы поддерживать тектонику плит.
Учитывая эти новые факторы и оценки, исследователи считают, что вероятность того, что на планете есть и континенты, и океаны, и долгосрочная тектоника плит, очень мала — менее 0,2%. Для сравнения, это все равно что найти всего две подходящие планеты из каждой тысячи.
Подставив это значение в уравнение Дрейка, мы получаем довольно неутешительный результат, по крайней мере, в том, что касается присутствия продвинутых инопланетян. Модифицированное уравнение Дрейка предполагает, что развитые цивилизации встречаются крайне редко, а вероятность того, что планеты имеют подходящие условия, составляет от 0,0034% до 0,17%. Это означает, что в нашей галактике может существовать от 0,006 до 100 000 активных, общающихся между собой цивилизаций, причем реальное их число, скорее всего, будет меньше, учитывая ограниченное время, в течение которого эти цивилизации могут общаться между собой из-за возможного распада общества или вымирания.
«С другой стороны, шансы найти планеты, потенциально пригодные для жизни цивилизаций — пока без цивилизаций или с уже вымершими цивилизациями, — значительно выше», — пояснил Герья. «Это можно сделать с помощью дистанционного зондирования экзопланет».
Герья пояснил, что, хотя верхнее граничное значение в 100 000 кажется большим, важнее малое число. Поскольку нижняя оценка очень близка к нулю, это означает, что существует большая вероятность того, что в нашей галактике нет других цивилизаций. Это поможет объяснить, почему мы до сих пор не обнаружили никаких сигналов от других цивилизаций.
В прошлом уравнение Дрейка давало гораздо более высокую нижнюю оценку, предполагая, что мы почти наверняка не одиноки и что должно существовать не менее 200 цивилизаций, пытающихся связаться с нами. Поскольку мы не нашли ни одной, эта старая оценка кажется неверной, говорит Герья. Новая, гораздо более низкая оценка (близкая к нулю) делает более понятным, почему мы не получили ни от кого никаких известий: возможно, там просто нет никого, от кого можно было бы получить информацию — довольно пугающая возможность.
Парадокс Ферми решен?
Парадокс Ферми относится к разочаровывающей ситуации: мы не нашли доказательств существования внеземных цивилизаций, несмотря на высокую вероятность того, что они существуют. Исследование Стерна и Герье предлагает возможное решение проблемы, изучая, насколько редки подходящие геологические условия для развития жизни. Они обнаружили, что переход Земли к современной тектонике плит ускорил эволюцию сложных видов. Ученые предполагают, что развитых цивилизаций мало, потому что планеты с континентами, океанами и длительной тектоникой плит встречаются редко.
Стерн и Герья не первые, кто выдвинул идею о том, что планет, пригодных для развития жизни, очень мало. Впервые это предположение, известное как гипотеза редкой Земли, было сформулировано в книге 2003 года «Редкая Земля: почему сложная жизнь столь необычна во Вселенной», написанной учеными Питером Уордом и Дональдом Браунли. Интересно, что Уорд и Браунли также подчеркивали тектонику плит как фактор.
Новое исследование стало важным дополнением к дискуссии, но разговор вокруг парадокса Ферми еще далек от завершения. Гипотеза геологии, хотя и соблазнительная, не учитывает адаптивность жизни и потенциальное разнообразие пригодных для жизни сред. Более того, уравнение Дрейка в его нынешнем виде или с учетом новых факторов все еще не учитывает неоспоримую реальность: Млечный Путь невероятно древний и, вероятно, способен поддерживать жизнь в течение 10 миллиардов лет. Даже при таких ничтожных шансах, подсчитанных исследователями, разумная жизнь, несомненно, возникла на более ранних этапах истории галактики, что дало ей достаточно времени, чтобы распространиться по всей галактике. Однако мы не видим никаких доказательств этого. Вполне возможно, что здесь действуют другие факторы — факторы, которые еще предстоит выяснить для дальнейшего пересмотра уравнения Дрейка, возможно, с учетом временных аспектов и других неизвестных переменных.
Еще одно ограничение данного исследования, и в этом нет вины ученых, заключается в том, что мы все еще далеки от понимания того, какие значения следует подставлять в уравнение. Нам не хватает понимания скорости формирования планет и типов планет, которые могут поддерживать обитаемость в других частях Галактики. До тех пор уравнение Дрейка имеет для нас множество скрытых переменных, но будущие наблюдения, например, с телескопа «Уэбб», должны помочь.
Оригинал: Gizmodo