У 1961 році астроном Френк Дрейк накреслив рівняння на дошці на першій конференції SETI в Грін-Бенку, Західна Вірджинія. Його метою не було обчислити точну відповідь — він визнав, що це неможливо з наявними на той час знаннями. Мета полягала в тому, щоб упорядкувати невігластво: визначити правильні запитання, відокремити пізнаване від непізнаваного та оформити пошук позаземного розуму як наукову проблему, а не чисті спекуляції. Шістдесят з гаком років потому космічний телескоп Кеплер і космічний телескоп Джеймса Вебба відповіли на деякі з цих запитань. Інші залишаються такими ж невизначеними, як і раніше.

Сім змінних рівняння Дрейка

Рівняння Дрейка оцінює кількість активних, що спілкуються цивілізацій у галактиці Чумацький Шлях у будь-який момент часу:

N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L

Кожна змінна стосується одного кроку в ланцюжку від утворення зірок до виявленої цивілізації:

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)

Результат N — це не загальна кількість цивілізацій, які коли-небудь існували — це кількість активних, які передають одночасно з нами прямо зараз. Цивілізація, яка виникла і занепала мільярд років тому, нічого не сприяє N.

Те, що ми знаємо проти того, що ми здогадуємося

Астрономія змінила нашу впевненість у двох із семи змінних. До місії Kepler (2009–2018) fp і ne були обгрунтованими припущеннями. Тепер це достатньо обмежені дані спостережень.

R (швидкість утворення зірок):* За оцінками астрономів, Чумацький Шлях створює приблизно 1–3 нові зірки на рік, у середньому за всю історію існування. Поточна швидкість наближається до нижньої межі, оскільки галактика старіє та газ, що утворює зірки, споживається. Сам Дрейк використовував 10 у 1961 році — вищу оцінку для раннього, більш активного періоду галактики. Сучасний консенсус: R ≈ 1–3 зірки/рік*.

fp (частка з планетами): Дані Kepler показали, що планети є не винятком, а правилом. Приблизно 70–90% сонцеподібних зірок містять принаймні одну планету. Для всіх типів зірок, разом узятих, частка, ймовірно, близька до 1,0. fp ≈ 0,9–1,0 тепер добре підтримується.

ne (планети придатної для життя зони на систему): Це більш нюанси. Класична «зона проживання» — це діапазон, де вода в рідкому стані може існувати на поверхні. Дані Кеплера свідчать про приблизно 0,4–0,8 планет розміром із Землю на одну сонцеподібну зірку в зоні проживання. Розширення визначення для включення підповерхневої рідкої води (Європа, Енцелад) значно підвищує це. ne ≈ 0,4–1,0 для традиційних оцінок зони проживання.

fl, fi, fc, L: Вони залишаються глибоко невизначеними — охоплюють багато порядків залежно від припущень. Ми маємо розмір вибірки рівно один для кожного: Земля.

Підключення оптимістичних до песимістичних цінностей

У наведеній нижче таблиці порівнюються поча��кові оцінки Дрейка за 1961 рік із сучасними оптимістичними та песимістичними діапазонами:

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

Песимістичний сценарій відображає гіпотезу «Рідкісноземельних» — ідею про те, що для складного тваринного життя потрібен надзвичайно неймовірний збіг умов (стабільна зірка, місяць правильного розміру для стабілізації припливів, тектоніка плит, захист Юпітера від астероїдів тощо). Згідно з припущеннями про Рідкоземельні Землі, Земля може бути унікальною у спостережуваному В��есвіті.

Оптимістичний сценарій передбачає, що життя є природним результатом хімії за відповідних умов, інтелект є природним результатом еволюції з урахуванням часу, а цивілізації, як правило, існують достатньо довго, щоб їх можна було виявити.

Оригінальна оцінка Дрейка 1961 року

На конференції Green Bank Дрейк працював над власним рівнянням разом із зібраними вченими — групою, до якої входили Карл Саган, Дж.Б.С. Холдейн і Джон Ліллі. Вчені розділилися щодо невідомих біологічних і соціологічних змінних, але груповий консенсус дав оцінку від 1 000 до 100 000 000 цивілізацій у Чумацькому Шляху.

Особисто Дрейк віддав перевагу приблизно 10 000 цивілізацій. Його аргументація полягала в тому, що L — змінна тривалості життя — була ключовою невизначеністю. Якщо цивілізації мають тенденцію знищувати себе відносно швидко після розвитку ядерного та технологічного потенціалу, L може тривати лише кілька сотень років. Якщо вони переживуть свою технологічну юність, L може становити мільйони років. Дрейк був оптимістично налаштований щодо довголіття і, отже, оптимістично налаштований щодо Н.

У наступних інтерв'ю Дрейк висловлював постійний оптимізм щодо існування інших цивілізацій, визнаючи, що біологічні змінні залишалися по суті не обмеженими спостереженнями.

Сучасні оцінки з даними екзопланет

Місія Kepler і подальший супутник TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) занесли в каталог понад 5500 підтверджених екзопланет станом на 2024 рік. Кілька ключових висновків уточнили розрахунок Дрейка:

Скелясті планети в населених зонах є звичайним явищем. Статистичний аналіз Кеплера показує, що приблизно 20–50% сонцеподібних зірок містять кам’янисті планети в населеній зоні.

Червоні карлики ускладнюють картину. Червоні карлики (зірки M-типу) складають ~75% усіх зірок у галактиці та часто містять кам’янисті планети у своїх населених зонах. Однак житлові зони червоних карликів розташовані набагато ближче до зірки, а це означає, що планети там стикаються з інтенсивними спалахами та припливними блокуваннями — факторами, які можуть або не можуть бути заборонними для життя.

Космічний телескоп Джеймса Вебба почав охарактеризувати атмосфери екзопланет, шукаючи біосигнатури, такі як кисень, метан і закис азоту, у комбінаціях, які вказують на біологічні процеси. Станом на 2024 рік жодних підтверджених біосигнатур не виявлено, але пошук знаходиться на ранніх стадіях.

Оновлені оцінки з використанням сучасних даних про екзопланети та припущення, що fl є нетривіальним, свідчать про сотні-тисячі цивілізацій, що спілкуються в Чумацькому Шляху за оптимістичних припущень — або пот��нційно лише одну (нас) за песимістичних.

Парадокс Фермі: де всі?

Якщо оптимістичні оцінки правильні і в Чумацькому Шляху існують тисячі цивілізацій, Енріко Фермі в 1950 році запитав: де вони? Вік галактики приблизно 13,5 мільярдів років. Навіть за помірних темпів розширення цивілізація, яка була на 1 мільйон років попереду нас, могла б колонізувати всю галактику багато разів. Ми не бачимо жодних мегаструктур, не отримуємо підтверджених сигналів і не маємо жодних доказів минулих чи нинішніх інопланетних відвідувачів.

Це протиріччя між очікуванням достатку життя та спостережуваною тишею є парадоксом Фермі. Запропоновані пояснення поділяються на кілька широких категорій:

Гіпотеза Великого фільтра: Або щось знищило більшість цивілізацій до того, як вони почали космічні польоти («фільтр» уже позаду, як-от труднощі зі створенням складних еукаріотичних клітин), або щось знищило цивілізації, які досягли нашого рівня технологій (фільтр ще попереду — більш страшний сценарій).

Гіпотеза зоопарку: Цивілізації існують, але вони навмисно не спілкуються з нами, можливо, дотримуючись свого роду головної директиви.

Гіпотеза темного лісу (з наукової фантастики Лю Цісіня): будь-яка цивілізація, яка оголосила про своє існування, швидко знищується іншими, які діють з космічного самозбереження. Це передбачає майже повне радіомовчання всіх розвинених цивілізацій.

Відстані та час: Чумацький Шлях має 100 000 світлових років у поперечнику. Навіть сигналам, що поширюються зі швидкістю світла, потрібні десятки тисяч років, щоб перетнути її. Наша радіобульбашка простягається лише на 110 світлових років від Землі — це крихітна частка галактики. Можливо, ми просто не прислухалися достатньо довго або достатньо голосно, щоб когось виявити.

Рівняння Дрейка не вирішує парадокс Фермі — воно посилює його. Кожен параметр, який ми обмежуємо, або робить тишу більш загадковою, або допомагає її пояснити. Ця напруга між тим, що математика передбачає можливе, і тим, що досі не вдалося знайти, робить рівняння таким же інтелектуально живим сьогодні, як воно було в 1961 році.