Leta 1961 je astronom Frank Drake na prvi konferenci SETI v Green Banku v Zahodni Virginiji na tablo skiciral enačbo. Njegov cilj ni bil izračunati točnega odgovora - priznal je, da je to nemogoče s takratnim znanjem. Cilj je bil organizirati nevednost: prepoznati prava vprašanja, ločiti spoznavno od nespoznavnega in uokviriti iskanje zunajzemeljske inteligence kot znanstveni problem in ne kot čisto špekulacijo. Šestdeset in več let kasneje sta vesoljska teleskopa Kepler in vesoljska teleskopa James Webb odgovorila na nekatera od teh vprašanj. Drugi ostajajo negotovi kot vedno.
Sedem spremenljivk Drakove enačbe
Drakova enačba ocenjuje število aktivnih, komunicirajočih civilizacij v galaksiji Rimska cesta v danem trenutku:
N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
Vsaka spremenljivka obravnava en korak v verigi od nastajanja zvezd do zaznavne civilizacije:
| 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) |
Rezultat N ni skupno število civilizacij, ki so kdaj obstajale - to je število aktivnih in oddajajočih hkrati z nami prav zdaj. Civilizacija, ki se je dvignila in padla pred milijardo let, ne prispeva nič k N.
Kar vemo v primerjavi s tem, kar ugibamo
Astronomija je spremenila naše zaupanje v dve od sedmih spremenljivk. Pred misijo Kepler (2009–2018) sta bili fp in ne izobraženi ugibanja. Zdaj so razmeroma dobro omejeni opazovalni podatki.
R (stopnja nastajanja zvezd):* Astronomi ocenjujejo, da Mlečna cesta proizvede približno 1–3 nove zvezde na leto, glede na povprečje v njeni zgodovini. Trenutna stopnja je proti spodnjemu koncu, ko se galaksija stara in se porablja plin za nastajanje zvezd. Sam Drake je leta 1961 uporabil 10 - višjo oceno za prejšnje, bolj aktivno obdobje galaksije. Sodobno soglasje: R ≈ 1–3 zvezdice/leto*.
fp (ulomek s planeti): Keplerjevi podatki so razkrili, da planeti niso izjema, temveč pravilo. Približno 70–90 % soncu podobnih zvezd gosti vsaj en planet. Za vse tipe zvezd skupaj je ulomek verjetno blizu 1,0. fp ≈ 0,9–1,0 je zdaj dobro podprt.
ne (planeti bivalnega območja na sistem): To je bolj niansirano. Klasično "bivalno območje" je območje, kjer lahko na površini obstaja tekoča voda. Keplerjevi podatki kažejo na približno 0,4–0,8 planetov velikosti približno Zemlje na soncu podobno zvezdo v bivalnem območju. Razširitev definicije na podzemno tekočo vodo (Evropa, Enceladus) to bistveno poveča. ne ≈ 0,4–1,0 za ocene običajnih bivalnih con.
fl, fi, fc, L: Te ostajajo zelo negotove – obsegajo veliko velikosti, odvisno od predpostavk. Imamo velikost vzorca točno enega za vsakega: Zemlja.
Priključitev optimističnih proti pesimističnim vrednotam
Spodnja tabela primerja prvotne Drakove ocene iz leta 1961 s sodobnimi optimističnimi in pesimističnimi razponi:
| 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 |
Pesimistični scenarij odraža hipotezo o "redki zemlji" - zamisel, da zapleten živalski svet zahteva izredno neverjetno sotočje pogojev (stabilna zvezda, luna prave velikosti za stabilizacijo plimovanja, tektonika plošč, Jupiter, ki ščiti pred asteroidi, itd.). Pod predpostavkami o redki zemlji je lahko Zemlja edinstvena v opazovanem vesolju.
Optimistični scenarij zavzema stališče, da je življenje naravni rezultat kemije v ustreznih pogojih, inteligenca je naravni rezultat evolucije v določenem času in da civilizacije običajno trajajo dovolj dolgo, da jih je mogoče zaznati.
Drakeova izvirna ocena iz leta 1961
Na konferenci Green Bank je Drake obdelal svojo enačbo z zbranimi znanstveniki – skupino, ki je vključevala Carla Sagana, J.B.S. Haldane in John Lilly. Znanstveniki so bili razdeljeni glede neznanih bioloških in socioloških spremenljivk, vendar je konsenz skupine dal oceno 1.000 do 100.000.000 civilizacij v Mlečni cesti.
Drake osebno je dal prednost oceni okoli 10.000 civilizacij. Njegovo razmišljanje je bilo, da je L - spremenljivka dolgoživosti - ključna negotovost. Če se civilizacije po razvoju jedrske in tehnološke zmogljivosti nagibajo k temu, da se razmeroma hitro uničijo, je L lahko le nekaj sto let. Če preživijo svojo tehnološko adolescenco, bi L lahko znašal milijone let. Drake je bil optimističen glede dolgoživosti in zato optimističen glede N.
V poznejših intervjujih je Drake izrazil nenehni optimizem glede obstoja drugih civilizacij, obenem pa priznal, da biološke spremenljivke v bistvu niso bile omejene z opazovanjem.
Sodobne ocene s podatki o eksoplanetih
Misija Kepler in kasnejši TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) sta od leta 2024 katalogizirala več kot 5500 potrjenih eksoplanetov. Več ključnih ugotovitev je izboljšalo izračun Drake:
Skalnati planeti v bivalnih območjih so običajni. Keplerjeva statistična analiza kaže, da približno 20–50 % zvezd, podobnih soncu, gosti kamniti planet v bivalnem območju.
Rdeče pritlikavke zapletajo sliko. Rdeče pritlikavke (zvezde tipa M) predstavljajo ~75 % vseh zvezd v galaksiji in pogosto gostijo skalnate planete v svojih bivalnih conah. Vendar pa so bivalna območja rdečih pritlikavk veliko bližje zvezdi, kar pomeni, da se tamkajšnji planeti soočajo z intenzivnimi izbruhi in plimovanjem – dejavniki, ki so lahko ali pa tudi ne prepovedani za življenje.
Vesoljski teleskop Jamesa Webba je začel karakterizirati atmosfero eksoplanetov in iskati biopodpise, kot so kisik, metan in dušikov oksid, v kombinacijah, ki kažejo na biološke procese. Od leta 2024 ni bilo zaznanih nobenih potrjenih bioloških podpisov, vendar je iskanje v najzgodnejših fazah.
Posodobljene ocene z uporabo sodobnih podatkov o eksoplanetih in ob predpostavki, da fl ni trivialen, kažejo na na stotine do tisoče komunicirajočih civilizacij v Mlečni cesti pod optimističnimi predpostavkami - ali potencialno le eno (mi) pod pesimističnimi.
Fermijev paradoks: kje so vsi?
Če so optimistične ocene pravilne in je v Mlečni cesti na tisoče civilizacij, se je Enrico Fermi leta 1950 slavno vprašal: kje so? Galaksija je stara približno 13,5 milijard let. Pri celo skromnih stopnjah širjenja bi lahko civilizacija 1 milijon let pred nami večkrat kolonizirala celotno galaksijo. Ne vidimo nobenih megastruktur, ne prejemamo potrjenih signalov in nimamo dokazov o preteklih ali sedanjih nezemeljskih obiskovalcih.
To protislovje med pričakovanjem obilja življenja in opazovano tišino je Fermijev paradoks. Predlagane razlage spadajo v nekaj širših kategorij:
Hipoteza velikega filtra: Bodisi je nekaj izbrisalo večino civilizacij, preden so začele leteti v vesolje (»filter«, ki je že za nami, kot je težava pri ustvarjanju kompleksnih evkariontskih celic), ali pa nekaj izbriše civilizacije, ki dosežejo našo raven tehnologije (filter, ki je še pred nami – bolj zastrašujoč scenarij).
Hipoteza živalskega vrta: Civilizacije so tam zunaj, vendar namenoma ne komunicirajo z nami, morda upoštevajo nekakšno glavno direktivo.
Hipoteza Temnega gozda (iz znanstvene fantastike Liuja Cixina): Vsako civilizacijo, ki napove svoj obstoj, hitro odstranijo drugi, ki delujejo iz kozmične samoohranitve. To napoveduje skoraj popolno radijsko tišino vseh razvitih civilizacij.
Razdalje in čas: Mlečna cesta ima premer 100.000 svetlobnih let. Tudi signali, ki potujejo s svetlobno hitrostjo, potrebujejo več deset tisoč let, da jo prečkajo. Naš radijski mehurček se razteza le približno 110 svetlobnih let od Zemlje - majhen delček galaksije. Morda preprosto nismo poslušali dovolj dolgo ali dovolj glasno, da bi koga zaznali.
Drakova enačba ne razreši Fermijevega paradoksa - izostri ga. Vsak parameter, ki ga omejimo, naredi tišino bolj skrivnostno ali jo pomaga razložiti. Zaradi te napetosti med tem, kar matematika nakazuje, da je mogoče, in tem, česar opazovanje doslej ni uspelo najti, je enačba danes tako intelektualno živa, kot je bila leta 1961.