ŻYCIE WE WSZECHŚWIECIE.pdf

W prowadzenie

Na pytanie " Czy istnieją we Wszechświecie

inne inteligentne cywilizacje, zaawansowane

technologicznie ? ", można intuicyjnie

odpowiedzieć, że mamy niezliczone gwiazdy, zatem

prawdopodobnie mnóstwo planet. A skoro życie (oraz

inteligencja i technologia) pojawiło się u nas, to

mogło się także pojawić gdzie indziej ( może nawet w

wielu miejscach).

Przypuszczenie, że nie jesteśmy niczym

wyjątkowym nazywa się zasadą powszechności .

Nie jest to jednak podejście naukowe. A co może

stwierdzić nauka?

Artystyczna wizja formy życia poza Ziemią.

Podziękowania : Obserwatorium Paryskie / UFE

R ównanie Drake'a

Równanie Drake'a to próba naukowego podejścia do

problemu, podjęta przez amerykańskiego astronoma

Franka Drake'a w 1961 roku.

Równanie Drake'a

Hipoteza

Ograniczmy się do naszej Galaktyki, bo nawet

poruszając się z prędkością światła (300 000 km/s)

nie jest możliwe ani dotarcie do innych galaktyk, ani

nawet porozumienie się ( drogą radiową) z

ewentualnymi ich "mieszkańcami". Najbliższe

galaktyki znajdują się w odległości setek tysięcy lat

świetlnych od nas !

Liczbę cywilizacji w naszej Galaktyce, z którymi

moglibyśmy się dzisiaj komunikować (N civ ), Drake

przedstawił w formie prostego do obliczania równania. To równanie Franka Drake'a z 1961 roku wygląda tak

Podziękowania : Obserwatorium Paryskie / UFE

N civ = F ét x P pla x N pla x P vie x P int x P com x T

F ét oznacza tempo powstawania gwiazd w naszej Galaktyce. Równa się liczbie gwiazd w Galaktyce

podzielonej przez wiek Galaktyki, zakładając, że aktualna liczba gwiazd równa jest mniej więcej liczbie

gwiazd istniejących kiedyś.

P ... jest ułamkiem gwiazd spełniających jakiś szczególny warunek (jego wartość równa się od 0 do 1 czyli od

0 do 100% )

P pla jest prawdopodobieństwem, że gwiazda ma planety

N pla jest średnią liczbą planet wokół gwiazdy. Takich, które mają "dobre charakterystyki", których masy są

"poprawne", a odległość od gwiazdy "właściwa".

P vie jest prawdopodobieństwem tego, że na "zamieszkiwalnej" planecie pojawi się życie

P int jest prawdopodobieństwem tego, że życie rozwinie się w życie inteligentne

P com jest prawdopodobieństwem tego, że życie inteligentne wymyśli sposoby komunikowania się z innymi

światami

T jest czasem, w którym taka forma komunikatu może zostać wykryta. Jest to zatem czas trwania

cywilizacji wysyłającej komunikat.

Warto zaznaczyć, że ten naukowy zapis, składający się z wielu wymaganych czynników i pozwalający je

badać, nie daje oczywiście odpowiedzi. Większość czynników znamy bardzo słabo. Równanie Drake'a jest w

rzeczywistości świetnym narzędziem do pomiaru naszej ignorancji … i naszych postępów.

P odsumowanie obecnej wiedzy

Liczbę gwiazd w Galaktyce szacuje się na 100

do 200 miliardów. Wiek Galaktyki to około 10

miliardów lat. Stąd oszacowane tempo

narodzin gwiazd F ét wynosi 10-20 na rok (

najnowsze oszacowania dają nawet mniej niż

10). Jest to liczba nieomal stała od 5

miliardów lat. To tempo narodzin gwiazd było

jedynym dość dobrze znanym

elementem równania aż do 1995 roku .

Dzięki najnowszym obserwacjom egzoplanet

coraz lepiej zaczyna być wyznaczane rownież

prawdopodobieństwo, że gwiazda ma planety,

P pla . Jedynie 15 % gwiazd to gwiazdy

pojedyncze (to znaczy nie należące do

układów wielokrotnych, destabilizujących

orbity planet). Zauważono, że nie wszystkie

gwiazdy pojedyncze mają planety. W końcu

otrzymano dla gwiazd "ciągu

głównego" (tzn. będących w stabilnej fazie

swego życia). Ten wynik dotyczy

najnowszych rezultatów uzyskanych przy okazji odkrywania egzoplanet . Niestety F ét oraz

P pla to jedyne dwa czynniki w równaniu Drake'a, które są dość dobrze znane.

Gwiazdy są różne w zależności od swej masy. Najbardziej masywne stają się bardzo jasne, ale nie

żyją długo. Mniej masywne nie są ani bardzo gorące, ani jasne, a w dodatku mogą wykazywać silną

aktywność erupcyjną. Gwiazdy podobne do Słońca to około 1% wszystkich, ale można powiększyć

ułamek gwiazd akceptowalnych (nie za masywnych, nie za małych) do około dziesieciu procent.

Ograniczenia narzucone na planety (masa i odległość od gwiazdy) zależą od warunków jakich

potrzebuje życie, by się pojawić, zatem od definicji pojęcia "życie". Masę można ograniczyć

następująco: planety najbardziej masywne to gazowe olbrzymy, które nie mają twardej powierzchni

(Jowisz, Saturn, Uran i Neptun), planety najmniej masywne ( Merkury i Pluton) nie mają atmosfery

(nie są w stanie utrzymać grawitacyjnie gazowej otoczki). W naszym Układzie Słonecznym

prawdopodobieństwo, że masa planety jest "właściwa" wynosi 1/3.

Odległość od gwiazdy do planety jest ustalona przez to, że musi tam móc występować woda w stanie

ciekłym. Wyznacza to "strefę zamieszkiwalną" zwaną ekosferą . W naszym Układzie Słonecznym zakres

dobrych odległości reprezentuje około 2% możliwych odległości planet od Słońca. Maksymalnie można

mówić o dystansach 0,5 do 2,5 j.a. co stanowi 4% zakresu odległości. Odwołując się do obserwacji

trzeba stwierdzić, że planety wewnątrz ekosfery znajdowane są rzadko, a w dodatku połowa z nich

krąży po orbitach bardzo eliptycznych. Niekorzystnych, bo wywołujących duże okresowe zmiany

temperatury.

Globalnie rzecz biorąc brakuje ciągle danych (w szczególności dotyczących planet mało masywnych)

by móc podać dobre oszacowanie średniej liczby zamieszkiwalnych planet w przeliczeniu na jedną

gwiazdę. Nie należy jednak zapominać, że życie może się także pojawić na księżycach dużych planet:

mimo, że to nie są "planety", to trzeba uwzględnić te możliwości w czynniku N pla ( Frank Drake

pisząc swe równanie prawdopodobnie nie przewidział takiej możliwości). W Układzie Słonecznym

rozważa się takie rozwiązanie w kontekście o Europy (księżyca Jowisza, który pod lodową

powierzchnią kryje być może ocean płynnej wody).

Prawdopodobieństwo, że pojawi się życie, i to inteligentne, jest znacznie gorzej znane. Z punktu

widzenia optymisty życie inteligentne powinno się pojawić natychmiast, gdy tylko powstaną "dobre"

warunki fizyko-chemiczne na powierzchni planety ( ).

Wiele czynników powoduje, że astronomowie myślą, iż na planecie życie pojawia sie łatwo:

- Wykryto obecność cząsteczek pre-biotycznych w kometach oraz w ośrodku międzygwiazdowym .

Te molekuły są elementami, na bazie których powstawały na Ziemi pierwsze żywe komórki.

-Najdawniejsze etapy życia Ziemi jako planety były bardzo burzliwe: tak jak i inne planety była ona

Powierzchnia Europy przypomina klocki układanki, które się

poprzesuwały jedne względem drugich. Możliwym tego

wytłumaczeniem jest ślizganie się "gleby" po oceanie wody

w stanie ciekłym.

Podziękowania : NASA / GFSC

Powierzchnia księżyca Europa

nieustannie bombardowana przez planetozymale , których potomkami są komety. Gdy to

bombardowanie dobiegło końca, około 3,6 miliardów lat temu, temperatura na powierzchni Ziemi

opadła i nieomal natychmiast pojawiły się pierwsze żywe komórki. Planety-sąsiadki Ziemi, Mars i

Wenus, miały podobne warunki. Możliwe więc, że takie procesy zachodziły także tam.

Nie jest jednak wykluczone, że potrzebne były dodatkowo inne nadzwyczajne warunki : na przykład

wydaje się, że Jowisz odgrywał w stosunku do Ziemi rolę grawitacyjnej tarczy, zapobiegał temu, by

za dużo komet uderzało w naszą planetę ( bo dużą część wyłapywał). Ziemia bez takiej osłony

mogłaby się cała pokryć wodą, a to byłoby mniej korzystne dla wystąpienia życia. Ponadto Księżyc (

który w stosunku do Ziemi jest względnie masywny) stabilizuje oś rotacji Ziemi, a więc i klimat ( w

długich skalach czasu). Księżyc wywołuje też znaczące oddziaływania pływowe - na co nie bez wpływu

byłby rodzaj przyciąganej powierzchni (ciało stałe czy ciecz).

Tak więc P vie oraz P int są prawdopodobnie bardzo małe, ale obecnie możliwe są dowolne

oszacowania.

Opierając się historii ludzi, gdzie jedynie cywilizacja zachodnia spontanicznie wyewoluowala w

kierunku rozwoju technologicznego, można z grubsza oszacować P com na 1/4.

I na zakończenie - T jest całkowicie nieznane!

Nasza cywilizacja technologiczna ( umiejąca porozumiewać się za pomocą fal radiowych) ma około

100 lat (mimo, że homo erectus pojawił się około milion lat temu). Czy będziemy istnieć przez

miliony lat, czy unicestwi nas jakaś naturalna katastrofa, zniszczenie ekosystemu przez

zanieczyszczene środowiska, czy może wojna jądrowa ? Każda wyewoluowana cywilizacja może też

skupić się na sobie i nie szukać sposobów porozumienia z innymi.

Wynik

Rachunek optymistyczny daje N civ = 20 x 5% x 0.01 x 1 x 1 x 1/4 x 10 8 = 250 000. Rachunek pesymistyczny

daje N civ = 10 x 5% x 0.001 x 0.1% x 0.1% x 1/10 x 1000 = 5.10 -8 . W rzeczywistości N civ "chciałoby być" 1 ,

bo wszak tu jesteśmy, ale być może jesteśmy sami w Galaktyce. Jak więc widać ciągle jest bardzo dużo

możliwości. Wstawiając różne parametry możecie otrzymać różne wartości wykorzystując dołączony

przykład obliczeń.

L'équation de Drake

Kliknijcie w obrazek by pojawił się przykład.

Z asada antropiczna

Nasze położenie we Wszechświecie można postrzegać rozmaicie. W czasach przedkopernikańskich

wydawało się ludziom, że Ziemia znajduje sie w centrum Wszechświata, zajmuje uprzywilejowaną pozycję.

W przeciwieństwie do tego można uważać, że Ziemia nie jest absolutnie niczym wyróżniona, i że życie

inteligentne istnieje na wszystkich planetach. Na temat pierwszego stwierdzenia nie możemy niczego

przesądzać, więc nie jest ono bardzo użyteczne, ale co do drugiego to wiemy, że jest fałszywe, bo nie

znaleziono innego, inteligentnego życia na żadnej planecie Układu Słonecznego. Między tymi dwoma

ekstremami lokuje się zasada antropiczna, która twierdzi, że nasza sytuacja we Wszechświecie jest banalna

w odniesieniu do wszystkich obserwatorów . Ta zasada jest najbardziej interesująca jeśli włącza się

do obserwatorów inteligencje pozaziemskie.

Przykłady zastosowania:

Nasze położenie w kosmosie jest bardzo "nietypowe" (na powierzchni planety, która ma atmosferę,

blisko młodej gwiazdy,...), podczas gdy miejscem najbardziej prawdopodobnym byłaby pusta

przestrzeń, przeważająca we Wszechświecie. Jednak w pustej przestrzeni życie nie jest możliwe, a

powierzchnia planety wydaje się dla niego niezbędna. I właśnie dlatego tu się znajdujemy! Nie jest

to koincydencja, ale konieczność (także na Ziemi jest mniej ludzi na pustyniach niż na wybrzeżach).

Nasze miejsce w czasie jest też szczególne: pojwiamy się, gdy Wszechświat ma 10 do 20 miliardów

lat (od Wielkiego Wybuchu). Czemu nie wcześniej ani nie później?

Życie potrzebuje "ciężkich" pierwiastków chemicznych (węgla, tlenu,...), które nie powstały w

Wielkim Wybuchu, ale w jądrach masywnych gwiazd pierwszej generacji w Galaktyce. Te gwiazdy

następnie wybuchły jako supernowe i "rozpyliły" swe pierwiastki w ośrodku międzygwiazdowym, co z

kolei pozwoliło na tworzenie się układów gwiazd z planetami. Nim więc się pojawiliśmy (około

miliard lat temu) potrzeba było kilku generacji gwiazd. Później jednak, po wielu pokoleniach,

zostanie zbyt mało gwiazd "wystarczająco dobrych" by oczekiwać, że wokół nich pojawi się na

planetach życie.

UWAGA: pierwsza generacja gwiazd była prawdopodobnie pozbawiona planet!

My, ludzie (homo-sapiens), pojawiamy się na powierzchni naszej planety, w sposób nieco

zadziwiający, około 4,5 miliarda lat po narodzinach Ziemi, mniej więcej w połowie życia Słońca.

Dlaczego akurat na takim etapie jego ewolucji? Przyjmijmy trzy przypuszczenia:

1) życie inteligentne pojawia się na ogół znacznie szybciej niż trwa życie Słońca

2) życie inteligentne, aby się pojawić, potrzebuje czasu porównywalnego z połową życia Słońca

3) życiu inteligentnemu potrzeba na ogół znacznie więcej czasu na pojawienie się niż wynosi czas

życia Słońca (inaczej mówiąc jest ono bardzo mało prawdopodobne)

Znając "moment" naszego pojawienia się - które przypuszczenie jest najbardziej prawdopodobne?

Drugie byłoby zadziwiające, bo nie widać à priori zależności między pojawianiem się inteligentnego

życia a czasem życia gwiazdy. W dodatku byłby to przypadek szczególny. Można go odrzucić jako

mało prawdopodobny. Jeśli pierwsze przypuszczenie jest prawdziwe, to pojawilibyśmy się znacznie

wcześniej w historii Ziemi, co także możemy odrzucić jako mało prawdopodobne. Pozostaje

przypuszczenie trzecie. Jeśli jest prawdziwe, to nie dziwi fakt, że nie pojawiliśmy się po śmierci

Słońca, bo to nie jest możliwe. Nie mogliśmy pojawić się inaczej niż wcześniej, w momencie

porównywalnym z czasem życia Słońca. Zatem to właśnie jest przypadek najbardziej prawdopodobny.

Z tego rozumowania wyciąga się wniosek, że życie we Wszechświecie jest rzadkością, i że wykrycie

go będzie trudne. W rezultacie wysiłki projektu SETI dotychczas nie zostały uwieńczone sukcesem.

Można więc, z tej metafizycznej zasady, wyciągać ciekawe wnioski, ale trzeba je formułować ostrożnie.

W szczególności można dojść do wniosków fałszywych jeśli obserwator znajduje się w wyjątkowym

położeniu. Obecnie prowadzi się na ten temat wiele badań.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: