Vuonna 1961 tähtitieteilijä Frank Drake luonnosteli yhtälön taululle ensimmäisessä SETI-konferenssissa Green Bankissa, Länsi-Virginiassa. Hänen tavoitteenaan ei ollut laskea tarkkaa vastausta - hän myönsi, että se oli mahdotonta tuolloin saatavilla olevilla tiedoilla. Tavoitteena oli organisoida tietämättömyys: tunnistaa oikeat kysymykset, erottaa tietävä tuntemattomasta ja muotoilla maan ulkopuolisen älyn etsiminen tieteelliseksi ongelmaksi pelkän spekuloinnin sijaan. Yli kuusikymmentä vuotta myöhemmin Kepler-avaruusteleskooppi ja James Webb -avaruusteleskooppi ovat vastanneet joihinkin näistä kysymyksistä. Toiset ovat yhtä epävarmoja kuin koskaan.
Draken yhtälön seitsemän muuttujaa
Draken yhtälö arvioi aktiivisten, kommunikoivien sivilisaatioiden lukumäärän Linnunradan galaksissa kulloinkin:
N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
Jokainen muuttuja osoittaa yhden vaiheen ketjussa tähtien muodostumisesta havaittavaan sivilisaatioon:
| 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) |
Tulos N ei ole koskaan olemassa olevien sivilisaatioiden kokonaismäärä – se on aktiivisten ja kanssamme samanaikaisesti lähettävien sivilisaatioiden lukumäärä tällä hetkellä. Sivilisaatio, joka nousi ja kaatui miljardi vuotta sitten, ei vaikuta N:ään.
Mitä tiedämme vs mitä arvaamme
Tähtitiede on muuttanut luottamustamme kahteen seitsemästä muuttujasta. Ennen Kepler-tehtävää (2009–2018) fp ja ne olivat koulutettuja arvauksia. Nyt ne ovat kohtuullisen hyvin rajoitettuja havainnointitietoja.
R (tähtien muodostumisnopeus):* Tähtitieteilijät arvioivat, että Linnunrata tuottaa noin 1–3 uutta tähteä vuodessa historiansa aikana laskettuna. Nykyinen nopeus on kohti alapäätä galaksin ikääntyessä ja tähtiä muodostavaa kaasua kulutetaan. Drake itse käytti kymmentä vuonna 1961 - korkeampi arvio galaksin aikaisemmasta, aktiivisemmasta ajanjaksosta. Nykyaikainen konsensus: R ≈ 1–3 tähteä/vuosi*.
fp (planeettojen murto-osa): Keplerin tiedot paljastivat, että planeetat eivät ole poikkeus vaan sääntö. Noin 70–90 prosentissa auringonkaltaisista tähdistä on ainakin yksi planeetta. Kaikilla tähtityypeillä yhdistettynä murto-osa on todennäköisesti lähellä 1,0. fp ≈ 0,9–1,0 on nyt hyvin tuettu.
ne (asuttava vyöhyke planeetat per järjestelmä): Tämä on vivahteikas. Klassinen "asuttava vyöhyke" on alue, jossa nestemäistä vettä voi esiintyä pinnalla. Keplerin tietojen mukaan asumiskelpoisella vyöhykkeellä on noin 0,4–0,8 noin Maan kokoista planeettaa auringon kaltaista tähteä kohti. Määritelmän laajentaminen koskemaan maanalaista nestemäistä vettä (Europa, Enceladus) nostaa tätä merkittävästi. ne ≈ 0,4–1,0 tavanomaisille asuinvyöhykearvioille.
fl, fi, fc, L: Nämä ovat edelleen erittäin epävarmoja – ne kattavat useita suuruusluokkia oletuksista riippuen. Meillä on täsmälleen yksi otoskoko kullekin: Maa.
Optimististen vs pessimististen arvojen kytkeminen verkkoon
Alla olevassa taulukossa verrataan Draken alkuperäisiä vuoden 1961 arvioita nykyaikaisiin optimistisiin ja pessimistisiin vaihteluväliin:
| 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 |
Pessimistinen skenaario heijastaa "harvinaisen maapallon" hypoteesia - ajatusta, että monimutkainen eläinelämä vaatii poikkeuksellisen epätodennäköistä olosuhteiden yhtymäkohtaa (vakaa tähti, oikean kokoinen kuu vuoroveden vakauttamiseksi, levytektoniikka, Jupiterin suojaaminen asteroideilta ja niin edelleen). Harvinaisten maametallien oletuksen mukaan maapallo voi olla ainutlaatuinen havaittavissa olevassa maailmankaikkeudessa.
Optimistinen skenaario on sitä mieltä, että elämä on kemian luonnollinen tulos oikeissa olosuhteissa, älykkyys on evoluution luonnollinen tulos tietyllä aikavälillä ja sivilisaatioilla on taipumus kestää tarpeeksi kauan ollakseen havaittavissa.
Draken alkuperäinen arvio vuodelta 1961
Green Bank -konferenssissa Drake työskenteli oman yhtälönsä läpi koottujen tiedemiesten kanssa - ryhmä, johon kuuluivat Carl Sagan, J.B.S. Haldane ja John Lilly. Tiedemiehet olivat eri mieltä tuntemattomista biologisista ja sosiologisista muuttujista, mutta ryhmän yksimielisyys tuotti arvion 1 000 - 100 000 000 sivilisaatiosta Linnunradalla.
Drake henkilökohtaisesti piti parempana noin 10 000 sivilisaatiota. Hänen perustelunsa oli, että L - pitkäikäisyysmuuttuja - oli keskeinen epävarmuus. Jos sivilisaatioilla on tapana tuhota itsensä suhteellisen nopeasti kehitettyään ydin- ja teknologisia valmiuksia, L voi olla vain muutama sata vuotta. Jos he selviävät teknologisesta nuoruudestaan, L voi olla miljoonia vuosia. Drake oli optimistinen pitkäikäisyyden suhteen ja näin ollen optimistinen N:n suhteen.
Myöhemmissä haastatteluissa Drake ilmaisi jatkuvan optimismin muiden sivilisaatioiden olemassaolosta samalla kun myönsi, että biologiset muuttujat pysyivät pohjimmiltaan havaintojen rajoittamattomina.
Nykyaikaiset arviot eksoplaneetan tiedoilla
Kepler-tehtävä ja sitä seurannut TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ovat luetteloineet yli 5 500 vahvistettua eksoplaneettaa vuoteen 2024 mennessä. Useat keskeiset havainnot ovat tarkentaneet Draken laskelmaa:
Kivelliset planeetat asutusvyöhykkeillä ovat yleisiä. Keplerin tilastoanalyysi viittaa siihen, että noin 20–50 % auringon kaltaisista tähdistä isännöi kiviplaneettaa asuttavalla vyöhykkeellä.
Punaiset kääpiöt vaikeuttavat kuvaa. Punaiset kääpiöt (M-tyypin tähdet) muodostavat noin 75 % galaksin kaikista tähdistä, ja ne isännöivät usein kiviplaneettoja asuinvyöhykkeillään. Punaisten kääpiöiden asutusvyöhykkeet ovat kuitenkin paljon lähempänä tähteä, mikä tarkoittaa, että siellä olevat planeetat kohtaavat voimakkaita soihdutuksia ja vuoroveden lukkiutumista – tekijöitä, jotka voivat olla tai eivät ehkä ole estäviä elämän kannalta.
James Webb -avaruusteleskooppi on alkanut karakterisoida eksoplaneettojen ilmakehää etsimällä biologisia merkkejä, kuten happea, metaania ja typpioksiduulia yhdistelminä, jotka viittaavat biologisiin prosesseihin. Vuoteen 2024 mennessä ei ole löydetty vahvistettuja biosignatuureja, mutta haku on alkuvaiheessa.
Päivitetyt arviot, joissa käytetään nykyaikaisia eksoplaneettojen tietoja ja oletetaan, että fl on ei-triviaali, viittaavat sadoihin tai tuhansiin kommunikoiviin sivilisaatioihin Linnunradalla optimististen oletusten perusteella – tai mahdollisesti vain yhden (me) pessimististen oletusten perusteella.
Fermi-paradoksi: Missä kaikki ovat?
Jos optimistiset arviot pitävät paikkansa ja Linnunradalla on tuhansia sivilisaatioita, Enrico Fermi kysyi kuuluisasti vuonna 1950: missä ne ovat? Galaksi on noin 13,5 miljardia vuotta vanha. Pienelläkin laajenemisvauhdilla meitä miljoona vuotta edellä oleva sivilisaatio olisi voinut kolonisoida koko galaksin monta kertaa. Emme näe megarakenteita, emme vastaanota vahvistettuja signaaleja, eikä meillä ole todisteita entisistä tai nykyisistä ulkomaalaisista vierailijoista.
Tämä ristiriita yltäkylläisen elämän odotuksen ja havaitun hiljaisuuden välillä on Fermin paradoksi. Ehdotetut selitykset jakautuvat muutamaan laajaan luokkaan:
Suurin suodattimen hypoteesi: Joko jokin pyyhkäisi pois useimmat sivilisaatiot ennen kuin niistä tuli avaruusmatka ("suodatin" jo takanamme, kuten vaikeus luoda monimutkaisia eukaryoottisoluja), tai jokin pyyhkii pois sivilisaatiot, jotka saavuttavat teknologian tasomme (suodatin vielä edessämme – pelottavampi skenaario).
Eläintarhan hypoteesi: Sivilisaatiot ovat ulkona, mutta ne eivät tarkoituksella kommunikoi kanssamme, ehkä kunnioittaen eräänlaista ensisijaista ohjetta.
Pimeän metsän hypoteesi (Liu Cixinin sci-fistä): Kaikki sivilisaatiot, jotka ilmoittavat olemassaolostaan, eliminoidaan nopeasti muiden kosmisesta itsesäilytyksestä toimivien toimesta. Tämä ennustaa lähes täydellisen radiohiljaisuuden kaikilta kehittyneiltä sivilisaatioilta.
Etäisyydet ja aika: Linnunradan halkaisija on 100 000 valovuotta. Jopa valonnopeudella kulkevien signaalien ylittäminen kestää kymmeniä tuhansia vuosia. Radiokuplamme ulottuu vain noin 110 valovuoden päähän Maasta – pieni osa galaksista. Emme ehkä ole yksinkertaisesti kuunnelleet tarpeeksi kauan tai tarpeeksi äänekkäästi havaitaksemme ketään.
Draken yhtälö ei ratkaise Fermi-paradoksia – se terävöittää sitä. Jokainen rajoittamamme parametri joko tekee hiljaisuudesta salaperäisemmän tai auttaa selittämään sitä. Tämä jännite sen välillä, mitä matematiikan ehdottaa olevan mahdollista ja mitä havainnointi ei ole toistaiseksi löytänyt, tekee yhtälöstä yhtä älyllisesti elävän nykyään kuin vuonna 1961.