През 1961 г. астрономът Франк Дрейк скицира уравнение на черна дъска на първата конференция на SETI в Грийн Банк, Западна Вирджиния. Неговата цел не беше да изчисли точен отговор — той призна, че това е невъзможно с наличните знания по онова време. Целта беше да се организира невежеството: да се идентифицират правилните въпроси, да се отдели познаваемото от непознаваемото и да се оформи търсенето на извънземен разум като научен проблем, а не като чиста спекулация. Шестдесет и повече години по-късно космическият телескоп Кеплер и космическият телескоп Джеймс Уеб отговориха на някои от тези въпроси. Други остават несигурни както винаги.
Седемте променливи на уравнението на Дрейк
Уравнението на Дрейк оценява броя на активните, комуникиращи цивилизации в галактиката Млечен път във всек�� даден момент:
N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
Всяка променлива се отнася до една стъпка във веригата от образуването на звезда до откриваемата цивилизация:
| Variable | What It Means |
|---|---|
| N | Number of civilizations we could detect right now |
| R* | Average rate of star formation in the Milky Way (stars/year) |
| fp | Fraction of those stars that have planets |
| ne | Average number of planets per planetary system in the "habitable zone" |
| fl | Fraction of habitable planets where life actually emerges |
| fi | Fraction of life-bearing planets where intelligent life evolves |
| fc | Fraction of intelligent civilizations that develop detectable technology |
| L | Average lifespan of a detectable civilization (years) |
Резултатът N не е общият брой цивилизации, които някога са съществували — това е броят на активните и предаващи едновременно с нас в момента. Цивилизация, възникнала и паднала преди милиард години, не допринася с нищо за N.
Какво знаем срещу това, което предполагаме
Астрономията е променила нашето доверие в две от седемте променливи. Преди мисията на Кеплер (2009–2018 г.) fp и ne бяха образовани предположения. Сега те са сравнително добре ограничени данни от наблюдения.
R (степен на образуване на звезди):* Аст��ономите изчисляват, че Млечният път произвежда приблизително 1–3 нови звезди годишно, осреднено за цялата си история. Текущата скорост е към долния край, тъй като галактиката остарява и се изразходва звездообразуващ газ. Самият Дрейк използва 10 през 1961 г. - по-висока оценка за по-ранния, по-активен период на галактиката. Модерен консенсус: R ≈ 1–3 звезди/година*.
fp (фракция с планети): Данните на Kepler разкриват, че планетите не са изключение, а правило. Приблизително 70%–90% от подобните на слънцето звезди съдържат поне една планета. За всички типове звезди заедно фракцията вероятно е близо до 1,0. fp ≈ 0,9–1,0 вече се поддържа добре.
ne (планети в обитаема зона на система): Това е по-нюансирано. Класическата "обитаема зона" е диапазонът, в който течната вода може да съществува на повърхността. Данните на Kepler предполагат приблизително 0,4–0,8 планети с размерите на Земята на звезда, подобна на слънце, в обитаемата зона. Разширяването на определението за включване на подповърхностна течна вода (Европа, Енцелад) значително повишава това. ne ≈ 0,4–1,0 за оценки на конвенционалната обитаема зона.
fl, fi, fc, L: Те остават дълбоко несигурни — обхващат много порядъци в зависимост от предположенията. Имаме размер на извадката от точно един за всеки: Земята.
Включване на оптимистични срещу песимистични ст��йности
Таблицата по-долу сравнява първоначалните оценки на Дрейк от 1961 г. със съвременните оптимистични и песимистични диапазони:
| Variable | Drake (1961) | Modern Optimistic | Modern Pessimistic |
|---|---|---|---|
| R* | 10 | 3 | 1 |
| fp | 0.5 | 1.0 | 0.9 |
| ne | 2.0 | 0.8 | 0.1 |
| fl | 1.0 | 0.5 | 0.000001 |
| fi | 0.01 | 0.1 | 0.000001 |
| fc | 0.01 | 0.1 | 0.0001 |
| L | 10,000 | 100,000 | 100 |
| N (result) | 1,000 | 240 | ~0.000000000001 |
Песимистичният сценарий отразява хипотезата за "редкоземните" - идеята, че сложният животински свят изисква изключително невероятно съвпадение на условия (стабилна звезда, луна с правилен размер за приливна стабилизация, тектоника на плочите, екраниране на Юпитер от астероиди и т.н.). Съгласно предположенията за редки земи, Земята може да е уникална в наблюдаваната вселена.
Оптимистичният сценарий възприема възгледа, че животът е естествен резултат от химията при правилните условия, интелигентността е естествен резултат от еволюцията предвид времето и цивилизациите са склонни да съществуват достатъчно дълго, за да бъдат откриваеми.
Оригиналната оценка на Дрейк от 1961 г.
На конференцията в Green Bank Дрейк работи върху собственото си уравнение със събраните учени - група, включваща Карл Сейгън, J.B.S. Холдейн и Джон Лили. Учените бяха разделени относно непознаваемите биологични и социологически променливи, но груповият консенсус даде оценка от 1 000 до 100 000 000 цивилизации в Млечния път.
Лично Дрейк предпочита оценка от около 10 000 цивилизации. Неговото разсъждение беше, че L - променливата за дълголетие - е ключовата несигурност. Ако цивилизациите са склонни да се самоунищожават сравнително бързо след разработване на ядрени и технологични способности, L може да е само няколкостотин години. Ако преживеят своето технологично юношество, L може да е милиони години. Дрейк беше оптимист за дълголетието и следователно оптимист за N.
В следващите интервюта Дрейк изрази продължаващ оптимизъм относно съществуването на други цивилизации, като същевременно призна, че биологичните променливи остават по същество неограничени от наблюдение.
Съвременни оценки с данни за екзопланети
Миси��та Kepler и последващият TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) са каталогизирали над 5500 потвърдени екзопланети към 2024 г. Няколко ключови открития са прецизирали изчислението на Дрейк:
Скалистите планети в обитаемите зони са често срещани. Статистическият анализ на Kepler предполага, че приблизително 20–50% от звездите, подобни на слънцето, са домакини на скалиста планета в обитаемата зона.
Червените звезди джуджета усложня��ат картината. Червените джуджета (звезди тип М) съставляват ~75% от всички звезди в галактиката и често са домакини на скалисти планети в техните обитаеми зони. Обитаемите зони на червените джуджета обаче са много по-близо до звездата, което означава, че планетите там са изправени пред интензивни изригвания и приливни блокировки – фактори, които могат или не могат да бъдат непосилни за живота.
Космическият телескоп Джеймс Уеб започна да характеризира атмосферите на екзопланети, търсейки биосигнатури като кислород, метан и азотен оксид в комбинации, които предполагат биологични процеси. Към 2024 г. не са открити потвърдени биосигнатури, но търсенето е в най-ранните си етапи.
Актуализирани оценки, използващи съвременни данни за екзопланети и приемайки, че fl не е тривиален, предполагат стотици до хиляди комуникиращи цивилизации в Млечния път при оптимистични предположения — или потенциално само една (нас) при песимистични.
Парадоксът на Ферми: Къде са всички?
Ако оптимистичните оценки са верни и в Млечния път има хиляди цивилизации, Енрико Ферми попита през 1950 г.: къде са те? Галактиката е на пр��близително 13,5 милиарда години. При дори скромни темпове на разширяване, цивилизация с 1 милион години преди нас би могла да колонизира цялата галактика многократно. Не виждаме мегаструктури, не получаваме потвърдени сигнали и нямаме доказателства за минали или настоящи извънземни посетители.
Това противоречие между очакването за изобилен живот и наблюдаваната тишина е парадоксът на Ферми. Предложените обяснения попадат в няколко широки категории:
Хипотезата за Големия филтър: Или нещо е унищожило повечето цивилизации, преди да започнат да летят в космоса („филтър“, който вече е зад нас, като трудността при създаването на сложни еукариотни клетки), или нещо унищожава цивилизации, които достигат нашето ниво на технологии (филтър, който все още ни предстои — по-страшният сценарий).
Хипотезата на зоологическата градина: Цивилизациите са там, но умишлено не общуват с нас, може би спазвайки вид първостепенна директива.
Хипотезата за Тъмната гора (от научната фантастика на Liu Cixin): Всяка цивилизация, която обяви съществуването си, бързо се елиминира от други, действащи от космическо самосъхранение. Това предсказва почти пълно радиомълчание от всички напреднали цивилизации.
Разстояния и време: Млечният път е с диаметър 100 000 светлинни години. Дори сигналите, пътуващи със скоростта на светлината, отнемат десетки хиляди години, за да я пресекат. Нашият радиобалон се простира само на около 110 светлинни години от Земята - малка част от галактиката. Може просто да не сме слушали достатъчно дълго или достатъчно силно, за да открием някого.
Уравнението на Дрейк не разрешава парадокса на Ферми - то го изостря. Всеки параметър, който ограничаваме, или прави мълчанието по-мистериозно, или помага да се обясни. Това напрежение между това, което математиката предполага, че е възможно, и това, което наблюдението досега не е успяло да открие, е това, което прави уравнението толкова интелектуално живо днес, колкото е било през 1961 г.