Das Fermi-Paradoxon nach einer Welle von Exoplaneten-Entdeckungen

In der Galaxie RX J1131-1231 hat ein Team von Astrophysikern der University of Oklahoma die erste bekannte Planetengruppe außerhalb der Milchstraße entdeckt. Die von der Gravitationsmikrolinsentechnik „verfolgten“ Objekte haben unterschiedliche Massen – von mond- bis jupiterähnlich. Macht diese Entdeckung das Fermi-Paradoxon paradoxer?

Es gibt ungefähr die gleiche Anzahl an Sternen in unserer Galaxie (100–400 Milliarden), ungefähr die gleiche Anzahl an Galaxien im sichtbaren Universum – es gibt also für jeden Stern in unserer riesigen Milchstraße eine ganze Galaxie. Im Allgemeinen für 10 Jahre²² k 10²⁴ Sterne. Wissenschaftler sind sich nicht einig, wie viele Sterne unserer Sonne ähnlich sind (d. h. ähnlich in Größe, Temperatur, Helligkeit) – Schätzungen reichen von 5 % bis 20 %. Nehmen Sie den ersten Wert und wählen Sie die geringste Anzahl an Sternen (10).²²), erhalten wir 500 Billionen oder eine Milliarde Milliarden Sterne wie die Sonne.

Laut Studien und Schätzungen der PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) kreisen mindestens 1 % der Sterne im Universum um einen Planeten, der Leben beherbergen kann – wir sprechen also von der Zahl von 100 Milliarden Planeten mit ähnlichen Eigenschaften zur Erde. Wenn wir davon ausgehen, dass nach Milliarden von Jahren des Bestehens nur 1 % der Planeten der Erde Leben entwickeln und 1 % von ihnen evolutionäres Leben in intelligenter Form haben wird, würde dies bedeuten, dass dies der Fall ist ein Billardplanet mit intelligenten Zivilisationen im sichtbaren Universum.

Wenn wir nur über unsere Galaxie sprechen und die Berechnungen wiederholen, indem wir die genaue Anzahl der Sterne in der Milchstraße (100 Milliarden) annehmen, kommen wir zu dem Schluss, dass es in unserer Galaxie wahrscheinlich mindestens eine Milliarde erdähnliche Planeten gibt. und 100 XNUMX. intelligente Zivilisationen!

Einige Astrophysiker schätzen die Wahrscheinlichkeit, dass die Menschheit zur ersten technologisch fortgeschrittenen Spezies wird, auf 1 zu 10.²²das heißt, es bleibt unbedeutend. Andererseits gibt es das Universum schon seit etwa 13,8 Milliarden Jahren. Auch wenn in den ersten paar Milliarden Jahren keine Zivilisationen entstanden, dauerte es noch lange, bis es dazu kam. Übrigens, wenn es nach der endgültigen Eliminierung in der Milchstraße „nur“ tausend Zivilisationen gegeben hätte und diese etwa genauso lange wie unsere existiert hätten (bisher etwa 10 XNUMX Jahre), dann wären sie höchstwahrscheinlich bereits verschwunden. Aussterben oder Sammeln anderer, die für unsere Entwicklungsebene unzugänglich sind, was später besprochen wird.

Beachten Sie, dass selbst „gleichzeitig“ existierende Zivilisationen nur schwer kommunizieren können. Schon allein deshalb, weil sie bei nur 10 Lichtjahren 20 Lichtjahre brauchen würden, um eine Frage zu stellen und sie dann zu beantworten. Jahre. Betrachtet man die Geschichte der Erde, kann man nicht ausschließen, dass in einem solchen Zeitraum eine Zivilisation entstehen und von der Oberfläche verschwinden kann ...

Gleichung nur aus Unbekannten

Bei dem Versuch zu beurteilen, ob eine außerirdische Zivilisation tatsächlich existieren könnte, Frank Drake in den 60er Jahren schlug er die berühmte Gleichung vor – eine Formel, deren Aufgabe es ist, „memanologisch“ die Existenz intelligenter Rassen in unserer Galaxie zu bestimmen. Hier verwenden wir einen Begriff, der vor vielen Jahren von Jan Tadeusz Stanisławski, einem Satiriker und Autor von Radio- und Fernseh-„Vorträgen“ über „angewandte Manologie“, geprägt wurde, weil dieser Begriff für diese Überlegungen angemessen erscheint.

Nach Drake-Gleichung – N, die Anzahl der außerirdischen Zivilisationen, mit denen die Menschheit kommunizieren kann, ist das Produkt von:

R_* ist die Geschwindigkeit der Sternentstehung in unserer Galaxie;

f_p ist der Prozentsatz der Sterne mit Planeten;

n_e ist die durchschnittliche Anzahl der Planeten in der habitablen Zone eines Sterns, also derjenigen, auf denen Leben entstehen kann;

f_l ist der Prozentsatz der Planeten in der bewohnbaren Zone, auf denen Leben entstehen wird;

f_i ist der Prozentsatz der bewohnten Planeten, auf denen das Leben Intelligenz entwickelt (d. h. eine Zivilisation schafft);

f_c - der Prozentsatz der Zivilisationen, die mit der Menschheit kommunizieren wollen;

L ist die durchschnittliche Lebensdauer solcher Zivilisationen.

Wie Sie sehen, besteht die Gleichung fast ausschließlich aus Unbekannten. Schließlich kennen wir weder die durchschnittliche Existenzdauer einer Zivilisation noch den Prozentsatz derjenigen, die mit uns Kontakt aufnehmen möchten. Setzt man einige Ergebnisse in die „mehr oder weniger“-Gleichung ein, stellt sich heraus, dass es in unserer Galaxie möglicherweise Hunderte, wenn nicht Tausende solcher Zivilisationen gibt.

Drake-Gleichung und ihr Autor

Seltene Erden und böse Außerirdische

Selbst wenn wir die Komponenten der Drake-Gleichung durch konservative Werte ersetzen, erhalten wir möglicherweise Tausende von Zivilisationen, die unserer ähneln oder intelligenter sind. Aber wenn ja, warum nehmen sie dann nicht Kontakt zu uns auf? Dieses sogenannte Fermiegos Paradoxon. Er hat viele „Lösungen“ und Erklärungen, aber beim aktuellen Stand der Technik – und noch mehr vor einem halben Jahrhundert – sind sie alle wie Vermutungen und blindes Schießen.

Dieses Paradoxon wird beispielsweise oft erklärt Seltene Erden-Hypothesedass unser Planet in jeder Hinsicht einzigartig ist. Druck, Temperatur, Abstand zur Sonne, axiale Neigung oder strahlungsabschirmendes Magnetfeld werden so gewählt, dass sich Leben möglichst lange entwickeln und weiterentwickeln kann.

Natürlich entdecken wir in der Ökosphäre immer mehr Exoplaneten, die Kandidaten für bewohnbare Planeten sein könnten. Kürzlich wurden sie in der Nähe des uns am nächsten gelegenen Sterns gefunden – Proxima Centauri. Vielleicht sind die „zweiten Erden“, die sich um fremde Sonnen herum befinden, trotz der Ähnlichkeiten nicht „genau die gleichen“ wie unser Planet, und nur in einer solchen Anpassung kann eine stolze technologische Zivilisation entstehen? Vielleicht. Allerdings wissen wir schon beim Blick auf die Erde, dass das Leben unter sehr „unangemessenen“ Bedingungen gedeiht.

Natürlich gibt es einen Unterschied zwischen der Verwaltung und dem Aufbau des Internets und der Entsendung von Tesla zum Mars. Das Problem der Einzigartigkeit könnte gelöst werden, wenn wir irgendwo im Weltraum einen Planeten finden könnten, der genau der Erde ähnelt, aber ohne technologische Zivilisation.

Bei der Erklärung des Fermi-Paradoxons spricht man manchmal vom sogenannten böse Außerirdische. Dies wird unterschiedlich verstanden. Diese hypothetischen Außerirdischen können also „wütend“ sein, dass jemand sie belästigen, eingreifen und belästigen möchte – sie isolieren sich also, reagieren nicht auf Widerhaken und wollen mit niemandem etwas zu tun haben. Es gibt auch Fantasien von „natürlich bösen“ Außerirdischen, die jede Zivilisation zerstören, der sie begegnen. Die technologisch sehr fortgeschrittenen Menschen wollen nicht, dass andere Zivilisationen ihnen einen Vorsprung verschaffen und zu einer Bedrohung für sie werden.

Es sei auch daran erinnert, dass das Leben im Weltraum verschiedenen Katastrophen ausgesetzt ist, die wir aus der Geschichte unseres Planeten kennen. Die Rede ist von Vereisung, heftigen Reaktionen des Sterns, Bombardierung durch Meteore, Asteroiden oder Kometen, Kollisionen mit anderen Planeten oder auch Strahlung. Selbst wenn solche Ereignisse nicht den gesamten Planeten sterilisieren, könnten sie das Ende der Zivilisation bedeuten.

Einige schließen auch nicht aus, dass wir eine der ersten Zivilisationen im Universum sind – wenn nicht die erste – und dass wir uns noch nicht weit genug entwickelt haben, um Kontakt mit weniger fortgeschrittenen Zivilisationen aufzunehmen, die später entstanden. Wenn dem so wäre, wäre das Problem der Suche nach intelligenten Wesen im außerirdischen Raum immer noch unlösbar. Darüber hinaus darf eine hypothetische „junge“ Zivilisation nicht nur ein paar Jahrzehnte jünger sein als wir, um aus der Ferne mit ihr in Kontakt treten zu können.

Auch das Fenster vorne ist nicht zu groß. Die Technologie und das Wissen einer jahrtausendealten Zivilisation könnten für uns ebenso unverständlich gewesen sein wie heute für einen Mann aus den Kreuzzügen. Viel fortgeschrittenere Zivilisationen wären wie unsere Welt für Ameisen aus einem Ameisenhaufen am Straßenrand.

Spekulative sogenannte Kardashevo-Skaladeren Aufgabe es ist, die hypothetischen Zivilisationsstufen entsprechend der Menge an Energie zu qualifizieren, die sie verbrauchen. Ihrer Meinung nach sind wir noch nicht einmal eine Zivilisation. tippe I, also einer, der die Fähigkeit beherrscht, die Energieressourcen seines eigenen Planeten zu nutzen. Zivilisation Typ II in der Lage, die gesamte Energie rund um den Stern zu nutzen, beispielsweise mithilfe einer Struktur namens „Dyson-Kugel“. Zivilisation Typ III Nach diesen Annahmen fängt es die gesamte Energie der Galaxie ein. Denken Sie jedoch daran, dass dieses Konzept als Teil einer unvollendeten Stufe-I-Zivilisation erstellt wurde, die bis vor Kurzem eher fälschlicherweise als Typ-II-Zivilisation dargestellt wurde, die sich dem Aufbau einer Dyson-Kugel um ihren Stern nähert (Sternenlichtanomalien). KIK 8462852).

Wenn es eine Zivilisation vom Typ II und noch mehr vom Typ III gäbe, würden wir sie auf jeden Fall sehen und Kontakt mit uns aufnehmen – einige von uns glauben das und argumentieren weiter, dass wir solche fortgeschrittenen Außerirdischen nicht sehen oder auf andere Weise kennenlernen existieren einfach nicht. . Eine andere Erklärungsschule für das Fermi-Paradoxon besagt jedoch, dass Zivilisationen auf diesen Ebenen für uns unsichtbar und nicht erkennbar sind – ganz zu schweigen davon, dass sie der Weltraumzoo-Hypothese zufolge solchen unterentwickelten Lebewesen keine Beachtung schenken.

Nach dem Test oder vorher?

Neben Überlegungen zu hochentwickelten Zivilisationen wird das Fermi-Paradoxon manchmal auch durch Konzepte erklärt evolutionäre Filter in der Entwicklung der Zivilisation. Ihrer Meinung nach gibt es ein Stadium im Evolutionsprozess, das für das Leben unmöglich oder sehr unwahrscheinlich erscheint. Das heißt Toller Filter, was den größten Durchbruch in der Geschichte des Lebens auf dem Planeten darstellt.

Was unsere menschliche Erfahrung betrifft, wissen wir nicht genau, ob wir uns hinter, vor oder mitten in einer großen Filterung befinden. Wenn es uns gelungen wäre, diesen Filter zu überwinden, wäre er für die meisten Lebensformen im bekannten Weltraum möglicherweise eine unüberwindbare Barriere gewesen, und wir sind einzigartig. Die Filtration kann von Anfang an erfolgen, beispielsweise bei der Umwandlung einer prokaryotischen Zelle in eine komplexe eukaryotische Zelle. Wenn dem so wäre, könnte das Leben im Weltraum sogar ganz gewöhnlich sein, allerdings in Form von Zellen ohne Kern. Vielleicht sind wir nur die Ersten, die den Großen Filter durchlaufen? Damit sind wir wieder beim bereits erwähnten Problem, nämlich der Schwierigkeit, auf Distanz zu kommunizieren.

Es besteht auch die Möglichkeit, dass ein Durchbruch in der Entwicklung noch vor uns liegt. Von einem Erfolg war damals keine Rede.

Das sind alles höchst spekulative Überlegungen. Einige Wissenschaftler bieten profanere Erklärungen für das Fehlen außerirdischer Signale an. Alan Stern, Chefwissenschaftler bei New Horizons, sagt, dass das Paradoxon einfach gelöst werden kann. dicke Eiskrustedie die Ozeane auf anderen Himmelskörpern umgibt. Zu diesem Schluss kommt der Forscher aufgrund neuerer Entdeckungen im Sonnensystem: Unter der Kruste vieler Monde liegen Ozeane aus flüssigem Wasser. In einigen Fällen (Europa, Enceladus) kommt Wasser mit felsigem Boden in Kontakt und es wird dort hydrothermale Aktivität registriert. Dies soll zur Entstehung von Leben beitragen.

Eine dicke Eiskruste kann das Leben vor feindlichen Phänomenen im Weltraum schützen. Die Rede ist hier unter anderem von starken Sternfackeln, Asteroideneinschlägen oder Strahlung in der Nähe eines Gasriesen. Andererseits kann es ein Entwicklungshindernis darstellen, das selbst für hypothetisch intelligentes Leben schwer zu überwinden ist. Solche Wasserzivilisationen kennen möglicherweise überhaupt keinen Raum jenseits der dicken Eiskruste. Es ist schwierig, überhaupt davon zu träumen, über seine Grenzen und die aquatische Umwelt hinauszugehen – es wäre viel schwieriger als für uns, für die der Weltraum, abgesehen von der Erdatmosphäre, ebenfalls kein sehr freundlicher Ort ist.

Suchen wir ein Leben oder einen geeigneten Wohnort?

Auf jeden Fall müssen wir Erdenbürger auch darüber nachdenken, wonach wir wirklich suchen: das Leben selbst oder einen lebenstauglichen Ort wie unseren. Vorausgesetzt, wir wollen mit niemandem Weltraumkriege führen, sind das zwei verschiedene Dinge. Planeten, die lebensfähig sind, aber über keine fortgeschrittenen Zivilisationen verfügen, können zu Gebieten potenzieller Kolonisierung werden. Und wir finden immer mehr solcher vielversprechender Orte. Mithilfe von Beobachtungsinstrumenten können wir bereits feststellen, ob sich ein Planet in einer sogenannten Umlaufbahn befindet. Lebenszone um einen Sternob es felsig ist und eine für flüssiges Wasser geeignete Temperatur hat. Bald können wir feststellen, ob es dort tatsächlich Wasser gibt, und die Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmen.

Die Lebenszone um Sterne in Abhängigkeit von ihrer Größe und Beispielen erdähnlicher Exoplaneten (horizontale Koordinate – Entfernung vom Stern (JA); vertikale Koordinate – Sternmasse (relativ zur Sonne)).

Letztes Jahr entdeckten Wissenschaftler mithilfe des ESO-HARPS-Instruments und einer Reihe von Teleskopen auf der ganzen Welt den Exoplaneten LHS 1140b als den bekanntesten Kandidaten für Leben. Er umkreist den Roten Zwerg LHS 1140, 18 Lichtjahre von der Erde entfernt. Astronomen schätzen, dass der Planet mindestens fünf Milliarden Jahre alt ist. Sie kamen zu dem Schluss, dass es einen Durchmesser von fast 1,4 1140 hat. km - das ist XNUMX-mal so groß wie die Erde. Untersuchungen der Masse und Dichte von LHS XNUMX b haben ergeben, dass es sich wahrscheinlich um ein Gestein mit einem dichten Eisenkern handelt. Klingt vertraut?

Etwas früher wurde ein System aus sieben erdähnlichen Planeten um einen Stern berühmt. TRAPPIST-1. Sie sind in der Reihenfolge ihrer Entfernung vom Mutterstern mit „b“ bis „h“ gekennzeichnet. Die von Wissenschaftlern durchgeführten und in der Januar-Ausgabe von Nature Astronomy veröffentlichten Analysen legen nahe, dass aufgrund moderater Oberflächentemperaturen, moderater Gezeitenerwärmung und eines ausreichend geringen Strahlungsflusses, der nicht zu einem Treibhauseffekt führt, die besten Kandidaten für bewohnbare Planeten sind „ z „Objekte und „e“. Es ist möglich, dass ersteres den gesamten Wasserozean bedeckt.

Planeten des TRAPPIST-1-Systems

Somit scheint die Entdeckung der lebensfördernden Bedingungen bereits in greifbarer Nähe zu sein. Eine ganz andere Sache ist die Fernerkennung des Lebens selbst, die noch relativ einfach ist und keine elektromagnetischen Wellen aussendet. Wissenschaftler der University of Washington haben jedoch eine neue Methode vorgeschlagen, die die seit langem vorgeschlagene Suche nach großen Zahlen ergänzt. Sauerstoff in der Atmosphäre des Planeten. Das Gute an der Sauerstoff-Idee ist, dass es ohne Leben schwierig ist, große Mengen Sauerstoff zu produzieren, aber es ist unbekannt, ob alles Leben Sauerstoff produziert.

„Die Biochemie der Sauerstoffproduktion ist komplex und kann selten sein“, erklärt Joshua Crissansen-Totton von der University of Washington in der Zeitschrift Science Advances. Bei der Analyse der Lebensgeschichte auf der Erde konnte ein Gasgemisch identifiziert werden, dessen Vorhandensein ebenso wie Sauerstoff auf die Existenz von Leben hinweist. Apropos Mischung aus Methan und Kohlendioxid, ohne Kohlenmonoxid. Warum nicht das Letzte? Tatsache ist, dass die Kohlenstoffatome in beiden Molekülen unterschiedliche Oxidationsgrade darstellen. Es ist sehr schwierig, durch nichtbiologische Prozesse angemessene Oxidationsniveaus ohne gleichzeitige Bildung von reaktionsbedingtem Kohlenmonoxid zu erreichen. Wenn beispielsweise eine Quelle für Methan und CO₂ Es gibt Vulkane in der Atmosphäre, die unweigerlich von Kohlenmonoxid begleitet werden. Darüber hinaus wird dieses Gas schnell und einfach von Mikroorganismen aufgenommen. Da es in der Atmosphäre vorhanden ist, sollte die Existenz von Leben eher ausgeschlossen werden.

Für 2019 plant die NASA den Start James Webb WeltraumteleskopDies wird in der Lage sein, die Atmosphären dieser Planeten genauer auf das Vorhandensein schwererer Gase wie Kohlendioxid, Methan, Wasser und Sauerstoff zu untersuchen.

Der erste Exoplanet wurde in den 90er Jahren entdeckt. Seitdem haben wir bereits fast 4. Exoplaneten in etwa 2800 Systemen bestätigt, darunter etwa zwanzig, die potenziell bewohnbar zu sein scheinen. Durch die Entwicklung besserer Instrumente zur Beobachtung dieser Welten können wir fundiertere Vermutungen über die dortigen Bedingungen anstellen. Und was daraus wird, bleibt abzuwarten.