1961 m. astronomas Frankas Drake'as nubrėžė lygtį ant lentos pirmojoje SETI konferencijoje Green Bank, Vakarų Virdžinijoje. Jo tikslas nebuvo apskaičiuoti tikslų atsakymą – jis pripažino, kad tai buvo neįmanoma su tuo metu turimomis žiniomis. Tikslas buvo organizuoti nežinojimą: nustatyti teisingus klausimus, atskirti žinomą nuo nežinomo ir nežemiško intelekto paieškas įrėminti kaip mokslinę problemą, o ne gryną spekuliaciją. Praėjus daugiau nei šešiasdešimt metų, Keplerio kosminis teleskopas ir Jameso Webbo kosminis teleskopas atsakė į kai kuriuos iš šių klausimų. Kiti lieka kaip niekad neaiškūs.
Septyni Dreiko lygties kintamieji
Drake'o lygtis apskaičiuoja aktyvių, bendraujančių civilizacijų skaičių Paukščių Tako galaktikoje bet kuriuo metu:
N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
Kiekvienas kintamasis nurodo vieną žingsnį grandinėje nuo žvaigždžių susidarymo iki aptinkamos civilizacijos:
| 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) |
Rezultatas N nėra bendras kada nors egzistavusių civilizacijų skaičius – tai skaičius, kuris šiuo metu yra aktyvus ir perduodamas kartu su mumis. Civilizacija, kuri kilo ir žlugo prieš milijardą metų, nieko neprisideda prie N.
Ką mes žinome ir ką mes spėjame
Astronomija pakeitė mūsų pasitikėjimą dviem iš septynių kintamųjų. Iki Keplerio misijos (2009–2018 m.) fp ir ne buvo išsilavinę spėjimai. Dabar jie yra pakankamai gerai suvaržyti stebėjimo duomenys.
R (žvaigždžių formavimosi greitis):* Astronomai apskaičiavo, kad Paukščių Takas per metus sukuria maždaug 1–3 naujas žvaigždes, skaičiuojant per visą istoriją. Dabartinis greitis yra link apatinio galo, nes galaktika sensta ir sunaudojamos žvaigždžių formavimo dujos. Pats Drake'as 1961 m. naudojo 10 – tai didesnis įvertinimas ankstesniam, aktyvesniam galaktikos laikotarpiui. Šiuolaikinis sutarimas: R ≈ 1–3 žvaigždutės per metus*.
fp (dalis su planetomis): Keplerio duomenys atskleidė, kad planetos yra ne išimtis, o taisyklė. Maždaug 70–90 % į saulę panašių žvaigždžių yra bent viena planeta. Visų tipų žvaigždžių trupmena greičiausiai yra artima 1,0. fp ≈ 0,9–1,0 dabar yra gerai palaikomas.
ne (gyvenamos zonos planetos vienoje sistemoje): Tai daugiau niuansų. Klasikinė „gyvenamoji zona“ yra sritis, kurioje paviršiuje gali būti skysto vandens. Keplerio duomenys rodo, kad vienoje į saulę panašioje žvaigždėje gyvenamojoje zonoje yra maždaug 0,4–0,8 maždaug Žemės dydžio planetos. Išplėtus apibrėžimą, įtraukiant požeminį skystą vandenį (Europa, Enceladus), tai žymiai padidėja. ne ≈ 0,4–1,0 įprastoms gyvenamosios zonos įverčiams.
fl, fi, fc, L: Tai tebėra labai neaiški – priklauso nuo prielaidų, apima daugybę dydžių eilių. Turime tiksliai vieną kiekvienos imties dydį: Žemę.
Optimistinių ir pesimistinių vertybių prijungimas
Toliau pateiktoje lentelėje palyginami pirminiai Drake'o 1961 m. įverčiai su šiuolaikiniais optimistiniais ir pesimistiniais intervalais:
| 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 |
Pesimistinis scenarijus atspindi „retos žemės“ hipotezę – idėją, kad sudėtingai gyvūnų gyvybei reikalinga nepaprastai neįtikėtina sąlygų santaka (stabili žvaigždė, tinkamo dydžio mėnulis potvyniams stabilizuoti, plokščių tektonika, Jupiterio apsauga nuo asteroidų ir pan.). Remiantis retųjų žemių prielaidomis, Žemė gali būti unikali stebimoje visatoje.
Optimistiniame scenarijuje laikomasi požiūrio, kad gyvybė yra natūralus chemijos rezultatas, esant tinkamoms sąlygoms, intelektas yra natūralus evoliucijos rezultatas tam tikru laiku, o civilizacijos paprastai išlieka pakankamai ilgai, kad jas būtų galima aptikti.
Drake's Original 1961 Estimate
„Green Bank“ konferencijoje Drake'as dirbo pagal savo lygtį su susirinkusiais mokslininkais - grupe, kurioje dalyvavo Carlas Saganas, J.B.S. Haldane'as ir Johnas Lilly. Mokslininkai išsiskyrė dėl nežinomų biologinių ir sociologinių kintamųjų, tačiau grupės sutarimas parodė, kad Paukščių Tako civilizacijų skaičius yra 1 000–100 000 000.
Drake'as asmeniškai teikė pirmenybę maždaug 10 000 civilizacijų. Jo samprotavimai buvo tokie, kad L – ilgaamžiškumo kintamasis – buvo pagrindinis neapibrėžtumas. Jei civilizacijos linkusios santykinai greitai susinaikinti po branduolinių ir technologinių pajėgumų sukūrimo, L gali būti tik keli šimtai metų. Jei jie išgyvens savo technologinę paauglystę, L gali būti milijonai metų. Drake'as buvo optimistiškai nusiteikęs dėl ilgaamžiškumo, todėl optimistiškai nusiteikęs ir N.
Vėlesniuose interviu Drake'as išreiškė nuolatinį optimizmą dėl kitų civilizacijų egzistavimo, kartu pripažindamas, kad biologiniai kintamieji iš esmės nebuvo suvaržyti stebėjimo.
Šiuolaikiniai įvertinimai su egzoplanetų duomenimis
Keplerio misija ir vėlesnė TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) 2024 m. sudarė daugiau nei 5500 patvirtintų egzoplanetų. Keletas pagrindinių išvadų patikslino Drake'o skaičiavimą:
Uolinės planetos gyvenamosiose zonose yra dažnos. Keplerio statistinė analizė rodo, kad maždaug 20–50 % į saulę panašių žvaigždžių gyvenamojoje zonoje yra uolinė planeta.
Raudonosios nykštukinės žvaigždės apsunkina vaizdą. Raudonosios nykštukės (M tipo žvaigždės) sudaro ~75 % visų galaktikos žvaigždžių, o jų gyvenamosiose zonose dažnai yra uolinių planetų. Tačiau raudonųjų nykštukų gyvenamosios zonos yra daug arčiau žvaigždės, o tai reiškia, kad ten esančios planetos susiduria su intensyviais blyksniais ir potvynių blokavimu – veiksniais, kurie gali būti arba netrukdyti gyvybei.
James Webb kosminis teleskopas pradėjo charakterizuoti egzoplanetų atmosferas, ieškodamas biologinių požymių, tokių kaip deguonis, metanas ir azoto oksidas deriniuose, kurie rodo biologinius procesus. 2024 m. patvirtintų biologinių parašų neaptikta, tačiau paieška yra ankstyviausioje stadijoje.
Atnaujinti skaičiavimai, naudojant šiuolaikinius egzoplanetų duomenis ir darant prielaidą, kad flusas yra nereikšmingas, rodo, kad optimistinėmis prielaidomis Paukščių Take yra šimtai ar t��kstančiai bendraujančių civilizacijų – arba galbūt tik viena (mes) pagal pesimistines prielaidas.
Fermi paradoksas: kur yra visi?
Jei optimistiniai skaičiavimai teisingi ir Paukščių Take yra tūkstančiai civilizacijų, Enrico Fermi 1950 metais garsiai paklausė: kur jos yra? Galaktikai yra maždaug 13,5 milijardo metų. Net ir nedideliu plėtimosi greičiu civilizacija, 1 milijonu metų prieš mus, galėjo daug kartų kolonizuoti visą galaktiką. Mes nematome jokių megastruktūrų, negauname patvirtintų signalų ir neturime buvusių ar esamų ateivių lankytojų įrodymų.
Šis prieštaravimas tarp gausaus gyvenimo lūkesčio ir stebimos tylos yra Fermio paradoksas. Siūlomi paaiškinimai skirstomi į kelias plačias kategorijas:
Didžiojo filtro hipotezė: arba kažkas išnaikino daugumą civilizacijų, kol jos tapo kosmosu („filtras“ jau yra už mūsų, pavyzdžiui, sunku sukurti sudėtingas eukariotų ląsteles), arba kažkas sunaikina civilizacijas, kurios pasiekia mūsų technologijų lygį (filtras, kuris vis dar yra prieš mus – baisesnis scenarijus).
** Zoologijos sodo hipotezė:** civilizacijos egzistuoja, bet sąmoningai nebendrauja su mumis, galbūt paisydamos tam tikros pagrindinės direktyvos.
Tamsiojo miško hipotezė (iš Liu Cixino mokslinės fantastikos): bet kurią civilizaciją, kuri skelbia apie savo egzistavimą, greitai pašalina kiti, veikdami iš kosminės savisaugos. Tai numato beveik visišką radijo tylą iš visų išsivysčiusių civilizacijų.
Atstumai ir laikas: Paukščių Tako skersmuo yra 100 000 šviesmečių. Net šviesos greičiu sklindantiems signalams jį įveikti prireikia dešimčių tūkstančių metų. Mūsų radijo burbulas tęsiasi tik maždaug 110 šviesmečių nuo Žemės – mažytės galaktikos dalies. Galbūt mes tiesiog nesiklausėme pakankamai ilgai arba pakankamai garsiai, kad ką nors aptiktume.
Dreiko lygtis neišsprendžia Fermi paradokso – ji jį paaštrina. Kiekvienas mūsų apribojamas parametras daro tylą paslaptingesnę arba padeda ją paaiškinti. Dėl to, kad įtampa tarp to, ką matematika rodo, yra įmanoma, ir to, ko iki šiol nepavyko rasti stebint, šiandien lygtis yra tokia pat intelektualiai gyva, kaip ir 1961 m.