1961년 천문학자 프랭크 드레이크(Frank Drake)는 웨스트버지니아 주 그린 뱅크에서 열린 제1차 SETI 회의에서 칠판에 방정식을 스케치했습니다. 그의 목표는 정확한 답을 계산하는 것이 아니었습니다. 그는 당시의 지식으로는 그것이 불가능하다고 인정했습니다. 목표는 무지를 조직화하는 것이었습니다. 즉, 올바른 질문을 식별하고, 알 수 있는 것과 알 수 없는 것을 분리하고, 외계 지능에 대한 탐색을 순수한 추측이 아닌 과학적 문제로 구성하는 것이었습니다. 60년이 지난 후, 케플러 우주 망원경과 제임스 웹 우주 망원경이 이러한 질문 중 일부에 답했습니다. 다른 것들은 여전히 불확실합니다.
드레이크 방정식의 7가지 변수
드레이크 방정식은 주어진 시간에 은하계에서 활동하고 통신하는 문명의 수를 추정합니다.
N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
각 변수는 별 형성부터 탐지 가능한 문명까지의 사슬의 한 단계를 다룹니다.
| 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) |
결과 N은 지금까지 존재했던 문명의 총 개수가 아니라 현재 우리와 동시에 활성화되어 전송되고 있는 개수입니다. 10억년 전에 흥망성쇠를 겪은 문명은 N에 아무런 기여도 하지 않습니다.
우리가 아는 것과 추측하는 것
천문학은 일곱 가지 변수 중 두 가지에 대한 우리의 신뢰를 변화시켰습니다. 케플러 임무(2009~2018) 이전에 fp와 ne는 교육받은 추측이었습니다. 이제 그들은 합리적으로 잘 제한된 관측 데이터입니다.
R(별 형성 속도):* 천문학자들은 은하수가 역사상 평균적으로 매년 대략 1~3개의 새로운 별을 생성한다고 추정합니다. 현재 속도는 은하계가 노화되고 별 형성 가스가 소모됨에 따라 최저점을 향해 가고 있습니다. 드레이크 자신은 1961년에 10을 사용했는데, 이는 은하계의 초기 활동 기간에 대한 더 높은 추정치입니다. 현대의 합의: R ≒ 1~3개의 별/년*.
fp(행성이 있는 부분): 케플러 데이터에 따르면 행성은 예외가 아니라 규칙이라는 사실이 밝혀졌습니다. 태양과 유사한 별의 약 70%~90%가 적어도 하나의 행성을 갖고 있습니다. 모든 별 유형을 합치면 그 비율은 1.0에 가까울 것입니다. fp ≒ 0.9–1.0은 이제 잘 지원됩니다.
ne(계당 거주 가능 구역 행성): 이것은 좀 더 미묘한 차이가 있습니다. 전형적인 "거주 가능 구역"은 액체 상태의 물이 표면에 존재할 수 있는 범위입니다. 케플러 데이터에 따르면 거주 가능 구역에는 태양과 같은 별당 대략 지구 크기의 행성이 약 0.4~0.8개 있다고 나와 있습니다. 지하 액체수(유로파, 엔셀라두스)를 포함하도록 정의를 확장하면 이 수치가 크게 높아집니다. ne ≒ 0.4–1.0 기존 거주 가능 구역 추정치의 경우.
fl, fi, fc, L: 이는 가정에 따라 수십 배에 걸쳐 매우 불확실한 상태로 남아 있습니다. 우리는 지구 각각에 대해 정확히 하나의 샘플 크기를 가지고 있습니다.
낙관적 가치와 비관적 가치를 연결
아래 표는 Drake의 원래 1961년 추정치를 현대의 낙관적 및 비관적 범위와 비교합니다.
| 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 |
비관적 시나리오는 "희토류" 가설, 즉 복잡한 동물의 생명에는 극히 불가능한 조건의 합류(안정된 별, 조석 안정화를 위한 적절한 크기의 달, 판 구조론, 소행성으로부터 보호되는 목성 등)가 필요하다는 생각을 반영합니다. 희토류 가정에 따르면 지구는 관측 가능한 우주에서 독특할 ��� 있습니다.
낙관적 시나리오는 생명은 적절한 조건이 주어지면 화학의 자연스러운 결과이고, 지능은 주어진 시간에 따른 진화의 자연스러운 결과이며, 문명은 감지될 수 있을 만큼 오래 지속되는 경향이 있다는 관점을 취합니다.
드레이크의 1961년 원본 추정치
Green Bank 컨퍼런스에서 Drake는 Carl Sagan, J.B.S.를 포함한 그룹인 과학자들과 함께 자신의 방정식을 통해 작업했습니다. 할데인, 존 릴리. 과학자들은 알 수 없는 생물학적, 사회학적 변수에 대해 의견이 분분했지만 그룹 합의에 따르면 은하계에 1,000~100,000,000개의 문명이 있는 것으로 추산되었습니다.
드레이크는 개인적으로 약 10,000개의 문명을 선호했습니다. 그의 추론은 L(장수 변수)이 주요 불확실성이라는 것이었습니다. 문명이 핵과 기술 능력을 개발한 후 상대적으로 빨리 스스로 파괴되는 경향이 있다면, L은 단지 몇백 년 밖에 되지 않을 것입니다. 기술적인 청소년기를 살아남는다면 L은 수백만 년이 될 수 있습니다. 드레이크는 장수에 대해 낙관적이었고 따라서 N에 대해서도 낙관적이었습니다.
후속 인터��에서 드레이크는 생물학적 변수가 본질적으로 관찰에 의해 제한되지 않는다는 점을 인정하면서 다른 문명의 존재에 대해 지속적인 낙관론을 표명했습니다.
외계 행성 데이터를 이용한 최신 추정
케플러 임무와 후속 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)는 2024년 현재 5,500개 이상의 확인된 외계 행성을 분류했습니다. 몇 가지 주요 발견으로 Drake 계산이 개선되었습니다.
거주 가능 구역에 암석 행성이 있는 경우는 흔합니다. 케플러의 통계 분석에 따르면 태양과 유사한 별 중 대략 20~50%가 거주 가�� 구역에 암석 행성을 갖고 있는 것으로 나타났습니다.
적색 왜성은 그림을 복잡하게 만듭니다. 적색 왜성(M형 별)은 은하계 전체 별의 약 75%를 차지하며 거주 가능 구역에 암석 행성이 있는 경우가 많습니다. 그러나 적색 왜성 거주 가능 구역은 별에 훨씬 더 가깝습니다. 즉, 그곳의 행성은 생명을 방해할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있는 강렬한 플레어와 조석 잠금에 직면하게 됩니다.
제임스 웹 우주 망원경은 생물학적 과정을 암시하는 산소, 메탄, 아산화질소와 같은 생체 특징을 조합하여 검색하면서 외계 행성 대기의 특성을 파악하기 시작했습니다. 2024년 현재 확인된 생체특징은 발견되지 않았지만 검색은 초기 단계이다.
현대 외계 행성 데이터를 사용하고 fl이 사소하지 않다고 가정하면 업데이트된 추정치는 낙관적 가정 하에서 은하계에 통신하는 문명이 수백에서 수천 개에 달하거나 비관적 가정 하에서 잠재적으로 단 하나(우리)일 가능성이 있음을 시사합니다.
페르미 역설: 모두는 어디에 있는가?
낙관적인 추정이 정확하고 은하수에 수천 개의 문명이 있다면 엔리코 페르미(Enrico Fermi)는 1950년에 다음과 같이 질문한 것으로 유명합니다. 그들은 어디에 있습니까? 은하계의 나이는 대략 135억년이다. 적당한 팽창 속도라 하더라도 우리보다 100만 년 앞선 문명은 은하계 전체를 여러 번 식민지화할 수 있었습니다. 우리는 거대 구조물을 볼 수 없고, 확인된 신호를 받지 않으며, 과거나 현재의 외계인 방문자의 증거도 없습니다.
풍요로운 삶에 대한 기대와 관찰된 침묵 사이의 이러한 모순이 페르미 역설입니다. 제안된 설명은 몇 가지 광범위한 범주로 분류됩니다.
대필터 가설: 대부분의 문명이 우주 비행을 하기 전에 무엇인가가 전멸했거나(복잡한 진핵 세포 생성의 어려움과 같이 이미 우리 뒤에 있는 "필터"), 아니면 우리 기술 수준에 도달한 문명을 멸망시켰습니다(아직 우리 앞에 있는 필터 - 더 무서운 시나리오).
동물원 가설: 문명은 저 밖에 있지만 의도적으로 우리와 소통하지 않습니다. 아마도 일종의 주요 지침을 존중할 것입니다.
어두운 숲 가설(Liu Cixin의 공상 과학): 자신의 존재를 알리는 모든 문명은 우주적 자기 보존을 위해 행동하는 다른 문명에 의해 빠르게 제거됩니다. 이는 모든 진보된 문명의 거의 완전한 무선 침묵을 예측합니다.
거리 및 시간: 은하수의 너비는 100,000광년입니다. 빛의 속도로 이동하는 신호도 이를 통과하는 데 수만 년이 걸립니다. 우리의 전파 거품은 지구에서 약 110광년 떨어져 있으며, 이는 은하계의 아주 작은 부분입니다. 우리는 누군가를 감지할 만큼 충분히 오랫동안, 충분히 큰 소리로 듣지 못했을 수도 있습니다.
드레이크 방정식은 페르미 역설을 해결하지 않고 오히려 날카롭게 만듭니다. 우리가 제한하는 모든 매개변수는 침묵을 더욱 신비롭게 만들거나 침묵을 설명하는 데 도움이 됩니다. 수학이 제시하는 것과 지금까지 관찰이 발견하지 못한 것 사이의 긴장감이 방정식을 1961년과 마찬가지로 오늘날에도 지적으로 생생하게 만드는 것입니다.