V posledních letech explozivní povaha objevování exoplanet ( více než 4 164 potvrzených tak daleko!) vedlo k obnovenému zájmu o nadčasovou otázku: „jsme ve vesmíru sami? Nebo, jak řekl slavný italský fyzik Enrico Fermi, „ Kde jsou všichni ?' S tolika planetami, ze kterých si můžete vybrat, a rychlostí, s jakou se naše nástroje a metody zlepšují, se hledání života mimo Zemi skutečně rozjíždí na plné obrátky.
Tyto objevy zároveň inspirovaly množství nových studií týkajících se probíhajícího hledání mimozemské inteligence (SETI). To zahrnuje Kalkulačka mimozemské civilizace , kterou mají na svědomí fyzikové Steven Woodling a Dominick Czernia. Inspirováni nedávnými pokusy zabývat se statistickou pravděpodobností pokročilého života v naší galaxii, nabízejí matematický nástroj, který vám může shromáždit čísla!
Nejprve se ale zdá, že je na místě rychlé osvěžení. První „kalkulátor“ pro určování počtu mimozemských inteligencí (ETI) v naší galaxii v daném čase vytvořil americký fyzik a výzkumník SETI Dr. Frank Drake. Během setkání v Observatoř Zelené banky v roce 1961 Drake připravil rovnici, která shrnula pravděpodobnosti nalezení ETI v naší galaxii.
Napříště známý jako Drakeova rovnice , tento pravděpodobnostní argument je matematicky vyjádřen jako:
N = R*x fpx nAx fax fix fCx L
- Nje počet civilizací, se kterými jsme mohli komunikovat;
- R*je průměrná rychlost tvorby hvězd v naší galaxii;
- Fpje zlomek těch hvězd, které mají planety;
- nA je počet planet, které mohou podporovat život;
- Faje počet planet, na kterých se vyvine život;
- Fi je počet planet, na kterých se vyvine inteligentní život;
- fcje počet civilizací, které by vyvinuly přenosové technologie;
- THEje doba, po kterou by tyto civilizace musely vysílat své signály do vesmíru.
Zatímco tato rovnice měla podnítit debatu o pravděpodobnosti ETI, byla také významná kvůli svým základním důsledkům. I když člověk zachází se všemi proměnnými konzervativně, stále dostanou anNvýsledkem jsou desítky nebo stovky. V podstatě, i když je život v naší galaxii velmi vzácný, mělo by tam být alespoň několik civilizací, se kterými bychom mohli navázat kontakt.
V průběhu let si Drakeova rovnice vysloužila slušnou porci kritiky a bylo učiněno mnoho pokusů ji vylepšit. Například v nedávném článku, který se objevil vThe Astrophysical Journal, astrofyzikové Tom Westby a Christopher J. Conselice z University of Nottingham vytvořili vlastní pravděpodobnostní argument založený na Astrobiologický Koperníkův princip .
Parkesův radioteleskop, jeden z dalekohledů používaných Breakthrough Listen. Kredit: CSIRO
Jednoduše řečeno, tento princip (když je aplikován na existenci života v našem vesmíru) říká, že namísto jiných důkazů bychom nikdy neměli předpokládat, že lidstvo je zvláštní nebo jedinečné. Při aplikaci na otázku, zda je lidstvo ve vesmíru samo či nikoli, byli Wetsby a Conselice schopni vytvořit moderní verzi Drakeovy rovnice. Matematicky to lze vyjádřit takto:
N = N** fTHE* fHZ* fM* (L/t’)
- Nje počet civilizací, se kterými můžeme komunikovat;
- N*je celkový počet hvězd v galaxii;
- FTHEje procento těch hvězd, které jsou staré alespoň 5 miliard let;
- FHZje procento těch hvězd, které hostí vhodnou planetu pro podporu života;
- FMje procento těchto hvězd s dostatečnou metalicitou, což umožňuje pokročilou biologii a pokročilou civilizaci;
- THEje průměrná délka života vyspělé civilizace;
- t'je průměrné množství času dostupného pro vývoj života.
V kombinaci s nejnovějšími astrofyzikálními údaji o těchto hodnotách došli k průměrnému odhadu 36 civilizací ! Tento výzkumný dokument inspiroval Wooding a Czernia k vytvoření jejich Alien Civilizations Calculator (ACC), nástroje, který by lidem umožnil provádět výpočty pomocí Drakeovy rovnice a astrobiologického Koperníkova principu, ale interaktivním způsobem.
Společně začali pracovat na nástroji, který by mohl plnit stejné funkce jako Drakeova rovnice a astrobiologický Koperníkův princip, ale interaktivním způsobem. Kromě toho, že je členem Ústav fyziky (IOP) ve Spojeném království je Wooding pravidelným přispěvatelem do projektu The Omni Calculator Project – malé komunity složené z profesionálů, kteří chtějí zpřístupnit vědu.
Nová studie nabídla nový pohled na Fermiho paradox – mimozemské civilizace pro nás nejsou viditelné, protože spí. Kredit a autorská práva: Kevin M. Gill
Zde se setkal s Czerniou, mladým molekulárním fyzikem, který v současné době dokončuje doktorát Ústav jaderné fyziky v Polsku. Jak Wooding vysvětlil Universe Today prostřednictvím e-mailu:
„Jako interaktivní a zábavný způsob, jak zapojit veřejnost do vědy o této základní otázce: ‚Jsme ve vesmíru sami?‘. Kalkulačka umožňuje lidem snadno zjistit, jaké vstupy do takového modelu vstupují, a zjistit, jak změna hodnot ovlivní výsledek – interaktivnější než čtení vědecké práce, což velká většina neudělá.“
Ti, kteří chtějí používat ACC, musí nejprve vybrat model, který chtějí používat, a poté vyplnit všechna pole vPředpoklady modelusekce. Jsou poskytnuty některé výchozí hodnoty na základě toho, co vědci považují za statisticky nejpravděpodobnější, ale uživatelé mohou zadat libovolné hodnoty, které si přejí. Z toho uvidí, kolik inteligentních civilizací jejich model a hodnoty předpovídají.
Astrobiologický Koperníkův princip se doporučuje, protože jde o aktuálnější (a tedy aktuálnější) model a lze jej upravit tak, aby umožňoval slabý, střední nebo silný scénář. Jinými slovy, uživatelé si mohou upravit, jak přísné jsou podmínky pro vznik mimozemského života. Uživatelé se však vyzývají, aby použili jak tuto, tak Drakeovu rovnici, aby viděli, jak to ovlivňuje jejich výsledky.
Drakeova rovnice a astrobiologický Koperníkův princip se snaží řešit palčivou otázku: „Jsme sami? Kredit: NASA
Další výhodou modelu Koperníkova principu je, že umožňuje uživatelům vidět, jak dlouho by trvalo dosáhnout nejbližšího mimozemského souseda. Jak Wooding doporučuje:
„[Uživatelé] by měli začít tím, že prozkoumají tři scénáře modelování a uvidí, jak se změní vstupy a výsledky. Silný scénář je velmi restriktivní a přesně sleduje, jak se vyvíjel život na Zemi. Slabý scénář má uvolněnější předpoklady a vede k většímu počtu mimozemských civilizací. Poté můžete do kalkulačky zadat své vlastní hodnoty, abyste viděli, jak se výsledky mění – skvělé pro astrobiology z křesel.“
Jakmile to uživatelé udělají, mohou použít kalkulačka vesmírných cest (k dispozici také na Omni Calculator), abyste viděli, jak dlouho by trvalo setkání s nejbližšími mimozemskými civilizacemi v naší galaxii. Tato kalkulačka byla také vytvořena společností Czernia a podobně se spoléhá na proměnné zadané uživatelem, jako je hmotnost kosmické lodi, zrychlení a fyzikální modely vesmíru (einsteinovské nebo newtonovské).
Pro zábavu předpokládejme, že nám ACC řeklo, že v naší galaxii jsou potenciálně stovky civilizací a že nejbližší z nich se nachází asi 159 světelných let daleko (pomocí exoplanet HD 42936 od jako reference). Předpokládejme také, že jsme měli loď, která je hmotnostně podobná ISS (420 metrických tun, 463 amerických tun) a že by mohla urychlit 1G(9,8 m/s), dokud jsme nedosáhli 99% rychlosti světla.
Umělecký dojem z rozsahu obyvatelných zón pro různé typy hvězd. Poděkování: NASA/Kepler Mission/Dana Berry
Na základě těchto proměnných nám Kalkulátor vesmírného cestování říká, že dosažení nejbližšího ETI by trvalo 161,4 roku, ačkoli posádce by uplynulo pouze 10 let (protože používáme einsteinovskou fyziku). Loď by na cestu zřejmě potřebovala také asi 11,66 milionů metrických tun (12,85 milionů amerických tun) paliva. Takže... ano, tato mise se v dohledné době neuskuteční! Ale bylo to zábavné cvičení, které vřele doporučuji!
Abychom byli spravedliví, jak Drakeova rovnice, tak astrobiologický Koperníkův princip mají svá omezení. Například od chvíle, kdy Drake poprvé navrhl svou slavnou rovnici o prvních čtyřech proměnných, jsme se toho hodně naučili. Hodně z toho je způsobeno nedávnými objevy exoplanet, které astronomům poskytly dobrou představu o tom, kolik hvězd má planet a jak často obíhají v rámci obyvatelné zóny hvězdy.
Podobně je astriobiologický Koperníkův princip vystaven mnoha nejistotám. V případě studie Westbyho a Conselice předpokládali, že planeta podobná Zemi nakonec vytvoří život. Kromě toho se všeobecně předpokládá, že od té doby se moderní lidé teprve objevili o před 200 000 lety (zatímco planeta Země je stará více než 4,5 miliardy let), že SETI by se měl dívat pouze na hvězdy, které jsou 4,5 miliardy let nebo starší.
Nakonec předpovídání, kolik mimozemských civilizací je venku, bude i nadále zahrnovat mnoho nejistot. Jak čas plyne a nástroje, které používáme k provádění výzkumu SETI, se zlepšují, astronomové se budou o těchto proměnných dozvídat stále více. Z toho můžeme očekávat, že odhady pravděpodobného počtu ETI v naší galaxii budou přísnější.
Umělcova představa planety Super-Země obíhající kolem hvězdy podobné Slunci. Kredit: ESO/M. Kornmesser
Jak naznačil Wooding, než budeme moci s jistotou odpovědět na otázku „Jsme sami?“, musí dojít k určitému významnému vývoji:
'Možná se v budoucnu, až bude učiněno více objevů o hvězdách a planetách v Mléčné dráze, budete moci vrátit ke kalkulačce a zjistit, jak ovlivňují počet možných mimozemských civilizací.'
'Zlepšíme se v detekci planet podobných Zemi v obyvatelné zóně a dokonce budeme schopni detekovat, co je v jejich atmosféře (pokud nějakou mají). To by mohlo vést k cílenějšímu vyhledávání SETI, což by mělo zvýšit naše šance.“
'Vždycky mě napadlo postavit radioteleskop na temné straně Měsíce jako skvělý nápad, jak se dostat pryč od rádiového šumu Země, což nám umožní zvýšit naši citlivost na jakékoli mimozemské přenosy.'
Nakonec nebudeme s jistotou vědět, jak pravděpodobný je mimozemský život a civilizace, dokud o některých nenajdeme důkazy. Ale krása spočívá v tom, že Fermiho paradox („Kde jsou všichni?“) je třeba vyřešit jen jednou. Mezitím bude hledání ETI pokračovat a bude nesmírně těžit z nástrojů nové generace (např. James Webb a Nancy Grace Romanová vesmírné teleskopy) a metody, které se stávají dostupnými.
Zúžit parametry vyhledávání nám přitom pomohou pravděpodobnostní studie a pravděpodobnostní argumenty. Pokud jsou tam venku, určitě je nakonec najdeme (držíme si palce)! Nezapomeňte se také podívat na další zajímavé nástroje Všeobecná kalkulačka které nabízí astrofyzika, kvantová fyzika a další vědecké kalkulačky.
Další čtení: Všeobecná kalkulačka