W 1961 roku astronom Frank Drake naszkicował równanie na tablicy podczas pierwszej konferencji SETI w Green Bank w Wirginii Zachodniej. Jego celem nie było obliczenie dokładnej odpowiedzi — przyznał, że przy dostępnej wówczas wiedzy było to niemożliwe. Celem było uporządkowanie niewiedzy: zidentyfikowanie właściwych pytań, oddzielenie tego, co poznawalne, od niepoznawalnego i sformułowanie poszukiwań inteligencji pozaziemskiej jako problemu naukowego, a nie czystej spekulacji. Ponad sześćdziesiąt lat później Kosmiczny Teleskop Keplera i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba odpowiedziały na niektóre z tych pytań. Inne pozostają tak samo niepewne jak zawsze.

Siedem zmiennych równania Drake'a

Równanie Drake'a szacuje liczbę aktywnych, komunikujących się cywilizacji w galaktyce Drogi Mlecznej w dowolnym momencie:

N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L

Każda zmienna odnosi się do jednego etapu w łańcuchu od powstania gwiazd do wykrywalnej cywilizacji:

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)

Wynik N nie jest całkowitą liczbą cywilizacji, jakie kiedykolwiek istniały – jest to liczba, która jest obecnie aktywna i transmituje z nami jednocześnie. Cywilizacja, która powstała i upadła miliard lat temu, nie wnosi nic do N.

To, co wiemy, a to, co przypuszczamy

Astronomia zmieniła naszą pewność co do dwóch z siedmiu zmiennych. Przed misją Keplera (2009–2018) fp i ne opierały się na domysłach. Teraz są to dość dobrze ograniczone dane obserwacyjne.

R (tempo powstawania gwiazd):* Astronomowie szacują, że Droga Mleczna produkuje średnio 1–3 nowych gwiazd rocznie, średnio w swojej historii. Obecne tempo zbliża się do dolnej granicy w miarę starzenia się galaktyki i zużywania się gazu gwiazdotwórczego. Sam Drake użył 10 w 1961 r. – to wyższa szacunkowa wartość dla wcześniejszego, bardziej aktywnego okresu galaktyki. Współczesny konsensus: R ≈ 1–3 gwiazdki/rok*.

fp (ułamek z planetami): Dane Keplera ujawniły, że planety nie są wyjątkiem, ale regułą. Około 70–90% gwiazd podobnych do Słońca posiada co najmniej jedną planetę. Dla wszystkich typów gwiazd łącznie odsetek ten jest prawdopodobnie bliski 1,0. fp ≈ 0,9–1,0 jest teraz dobrze obsługiwane.

ne (planety w strefach mieszkalnych na system): To jest bardziej zniuansowane. Klasyczna „strefa mieszkalna” to obszar, w którym na powierzchni może występować woda w stanie ciekłym. Dane Keplera sugerują, że na gwiazdę podobną do Słońca w strefie zamieszkiwalnej przypada około 0,4–0,8 planet wielkości mniej więcej Ziemi. Rozszerzenie definicji o podpowierzchniową wodę w stanie ciekłym (Europa, Enceladus) znacznie podnosi tę kwestię. ne ≈ 0,4–1,0 dla konwencjonalnych szacunków stref mieszkalnych.

fl, fi, fc, L: Pozostają one głęboko niepewne – obejmują wiele rzędów wielkości, w zależności od założeń. Mamy próbkę dokładnie po jednej dla każdego: Ziemia.

Podłączanie wartości optymistycznych i pesymistycznych

Poniższa tabela porównuje oryginalne szacunki Drake'a z 1961 r. ze współczesnymi przedziałami optymistycznymi i pesymistycznymi:

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

Scenariusz pesymistyczny odzwierciedla hipotezę „Ziemi Rzadkiej” – pogląd, że złożone życie zwierząt wymaga niezwykle nieprawdopodobnego zbiegu warunków (stabilna gwiazda, księżyc odpowiedniej wielkości dla stabilizacji pływów, tektonika płyt, osłona Jowisza przed asteroidami itd.). Zgodnie z założeniami dotyczącymi Ziemi Rzadkiej Ziemia może być wyjątkowa w obserwowalnym wszechświecie.

Scenariusz optymistyczny zakłada, że ​​życie jest naturalnym wynikiem chemii w odpowiednich warunkach, inteligencja jest naturalnym wynikiem ewolucji w określonym czasie, a cywilizacje zwykle trwają wystarczająco długo, aby można je było wykryć.

Oryginalne oszacowanie Drake'a z 1961 r.

Na konferencji Green Bank Drake opracował własne równanie ze zgromadzonymi naukowcami – grupą, w której skład wchodzili Carl Sagan, J.B.S. Haldane’a i Johna Lilly’ego. Naukowcy byli podzieleni co do niepoznawalnych zmiennych biologicznych i socjologicznych, ale konsensus grupowy pozwolił oszacować liczbę 1 000 do 100 000 000 cywilizacji w Drodze Mlecznej.

Drake osobiście wolał szacunkową liczbę około 10 000 cywilizacji. Argumentował, że kluczową niepewnością jest L – zmienna długowieczności. Jeśli cywilizacje mają tendencję do stosunkowo szybkiego niszczenia się po rozwinięciu potencjału nuklearnego i technologicznego, L może wynosić tylko kilkaset lat. Jeśli przeżyją okres dojrzewania technologicznego, L może wynosić miliony lat. Drake był optymistą co do długowieczności i dlatego był optymistą co do N.

W kolejnych wywiadach Drake wyraził ciągły optymizm co do istnienia innych cywilizacji, przyznając jednocześnie, że zmienne biologiczne zasadniczo nie są ograniczone obserwacją.

Nowoczesne szacunki na podstawie danych egzoplanet

Misja Keplera, a następnie TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) skatalogowały ponad 5500 potwierdzonych egzoplanet według stanu na 2024 r. Kilka kluczowych odkryć udoskonaliło obliczenia Drake'a:

Planety skaliste w strefach zamieszkiwalnych są powszechne. Analiza statystyczna Keplera sugeruje, że około 20–50% gwiazd podobnych do Słońca posiada skaliste planety w strefie zamieszkiwalnej.

Czerwone karły komplikują obraz. Czerwone karły (gwiazdy typu M) stanowią ~75% wszystkich gwiazd w galaktyce i często zawierają skaliste planety w swoich strefach mieszkalnych. Jednakże zamieszkałe strefy czerwonych karłów znajdują się znacznie bliżej gwiazdy, co oznacza, że ​​planety narażone są na intensywne rozbłyski i blokowanie pływowe – czynniki, które mogą, ale nie muszą, utrudniać życie.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zaczął charakteryzować atmosfery egzoplanet, szukając biosygnałów, takich jak tlen, metan i podtlenek azotu, w kombinacjach sugerujących procesy biologiczne. Od 2024 r. nie wykryto żadnych potwierdzonych podpisów biologicznych, ale poszukiwania są na najwcześniejszym etapie.

Zaktualizowane szacunki wykorzystujące dane współczesnych egzoplanet i przy założeniu, że fl nie jest trywialne, sugerują, że przy założeniach optymistycznych istnieją setki do tysięcy komunikujących się cywilizacji w Drodze Mlecznej — lub potencjalnie tylko jedna (nas) przy założeniach pesymistycznych.

Paradoks Fermiego: gdzie są wszyscy?

Jeśli optymistyczne szacunki są prawidłowe i w Drodze Mlecznej znajdują się tysiące cywilizacji, Enrico Fermi w 1950 r. zadał słynne pytanie: gdzie one są? Galaktyka ma około 13,5 miliarda lat. Przy nawet umiarkowanym tempie ekspansji cywilizacja wyprzedzająca nas o milion lat mogłaby wielokrotnie skolonizować całą galaktykę. Nie widzimy żadnych megastruktur, nie otrzymujemy potwierdzonych sygnałów i nie mamy dowodów na obecność obcych gości w przeszłości lub obecnie.

Ta sprzeczność między oczekiwaniem obfitego życia a obserwowaną ciszą to paradoks Fermiego. Proponowane wyjaśnienia można podzielić na kilka ogólnych kategorii:

Hipoteza Wielkiego Filtra: Albo coś zniszczyło większość cywilizacji, zanim wyruszyły w przestrzeń kosmiczną („filtr” już za nami, jak trudność w tworzeniu złożonych komórek eukariotycznych), albo coś unicestwiło cywilizacje, które osiągnęły nasz poziom technologii (filtr wciąż przed nami – bardziej przerażający scenariusz).

Hipoteza Zoo: Cywilizacje istnieją, ale celowo nie komunikują się z nami, być może przestrzegając czegoś w rodzaju naczelnej dyrektywy.

Hipoteza Ciemnego Lasu (z science-fiction Liu Cixina): Każda cywilizacja, która ogłasza swoje istnienie, jest szybko eliminowana przez inne, działające w ramach kosmicznego samozachowawstwa. To przewiduje niemal całkowitą ciszę radiową we wszystkich zaawansowanych cywilizacjach.

Odległości i czas: Droga Mleczna ma średnicę 100 000 lat świetlnych. Nawet sygnały poruszające się z prędkością światła potrzebują dziesiątek tysięcy lat, aby je przekroczyć. Nasza bańka radiowa rozciąga się zaledwie na około 110 lat świetlnych od Ziemi – to niewielki ułamek galaktyki. Być może po prostu nie słuchaliśmy wystarczająco długo lub wystarczająco głośno, aby kogokolwiek wykryć.

Równanie Drake'a nie rozwiązuje paradoksu Fermiego - wręcz go zaostrza. Każdy parametr, który ograniczamy, albo czyni ciszę bardziej tajemniczą, albo pomaga ją wyjaśnić. To napięcie między tym, co sugeruje matematyka, a tym, czego nie udało się znaleźć w obserwacjach, sprawia, że ​​równanie to jest dziś tak samo żywe intelektualnie, jak w 1961 roku.