Życie pozaziemskie i gdzie je znaleźć

Z pewnością będziemy to robić w ciągu tego tysiąclecia.

Dawno, dawno temu, wokół zwykłej gwiazdy dryfowała samotna skała. Ktoś postanowił zaszczepić ją samoreplikującą się cząsteczką i wziąć urlop na chwilę, a później wrócić do tego nieciekawego, nieciekawego miejsca. Nigdy jednak nie wrócili, ale zastanawiam się, jak zareagowaliby na powitanie ponad 8 500 000 różnych rodzajów samowystarczalnych istot, z których każda miała coś wyjątkowego i niepowtarzalnego.

Dawno, dawno temu mam na myśli około 4,6 miliarda lat temu. Tak bardzo, jak chciałbym wierzyć, że ta historia jest prawdziwa i że „oni” kiedyś wrócą, prawda jest prawdopodobnie inna.

Gdyby ktoś zapytał mnie: „Jakie są dla ciebie dwie najbardziej niezwykłe i zadziwiające rzeczy?”, Moja odpowiedź bez wątpienia brzmiałaby: ogrom tego wszechświata i różnorodność życia na Ziemi. Niezliczone noce wpatrujące się w niebo i niezliczone dni obserwujące przyrodę, brak jednoznacznych odpowiedzi.

Czym jesteśmy? Gdzie to wszystko się zaczęło?

Z naszego obecnego zrozumienia nasz wszechświat ma około 13,8 miliarda lat. Jest to bardzo starożytny ekosystem wypełniony historycznymi momentami, ale przede wszystkim w całym jego istnieniu istnieje jedno niezwykłe wydarzenie, które do tej pory wyróżnia i podziwia naukowców - pochodzenie życia.

To prawie tak, jakby wszechświat stworzył życie, by się zdefiniować.

Dzisiaj chcę zadać nieuniknione pytanie,

„Czy naprawdę jesteśmy sami?”

Nie zamierzam tylko pytać, ale na końcu tego artykułu udzielę ostatecznej odpowiedzi.

Aby rozwiązać ten problem, musimy najpierw zrozumieć, jak powstało życie i co sprawiło, że rozwijało się ono tak, jak je dzisiaj znamy. Jeśli znamy część „co”, będziemy wiedzieć, gdzie jej szukać.

Jesteśmy właściwie o krok do przodu w naszych poszukiwaniach. Mamy Ziemię, całą planetę pełną żywych stworzeń, które pokazują nam warunki niezbędne do rozkwitu życia. Imponującym faktem na temat naszej planety jest to, że życie jest wszędzie, na które patrzymy. Najgłębsze rejony oceanów, gdzie nawet światło słoneczne nie może przenikać, gotujące się naturalne gejzery i obszary wokół aktywnych wulkanów, zamrażające regiony polarne: życie jest wszędzie.

Pomysł jest prosty: „Jeśli raz tak się stanie, tym bardziej prawdopodobne jest, że to się powtórzy. W końcu wszechświat lubi okresowość. ”

Przejdźmy teraz do międzygwiezdnego poszukiwania skarbów, aby znaleźć miejsce, gdzie moglibyśmy kiedyś nazwać dom. W końcu możemy znaleźć życie w postaci drobnoustrojów, ale znalezienie inteligentnego życia to prawdziwa sprawa. Ograniczmy nasze poszukiwania miejsca, w którym moglibyśmy przetrwać tak, jak tutaj. Takie miejsce najprawdopodobniej miałoby takie życie, o którym wiemy, że na pewno istnieje, oparte na węglu formy życia. Ograniczamy także nasze poszukiwania do galaktyki Drogi Mlecznej.

Zastanawiając się przez chwilę, oto lista wymaganych filtrów, które wymyśliłem, aby zawęzić nasze wyszukiwanie.

✔ Filtr 1: Gwiazda i skalista planeta

Płonąca gwiazda (źródło zdjęcia: Tenor)

Słońce jest podstawowym źródłem energii dla większości życia na Ziemi, bezpośrednio lub pośrednio. Niektóre formy życia mogą przetrwać niezależnie od istnienia gwiazdy, ale na większą i bardziej złożoną skalę zdecydowanie potrzebujemy energii gwiazdy. Do niedawna naukowcy nie byli bardzo pewni, czy nasz układ słoneczny to „Ten Jeden” czy ten spośród wielu. W związku z niedawno zakończoną misją Keplera wątpliwości zostały rozwiane. Możemy teraz śmiało stwierdzić, że prawie każda inna gwiazda ma wokół siebie układ planetarny, co oznacza, że ​​w naszej galaktyce jest więcej planet niż gwiazd. Ograniczmy nasze poszukiwania do planet krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca, ponieważ wiemy na pewno, że taka gwiazda może zapewnić warunki odpowiednie do życia.

Oto prosta intuicja. Gdyby gdzieś indziej istniała gwiazda o podobnej wielkości i wieku co Słońce, czy miałaby wokół siebie podobny układ planetarny? Jakie jest prawdopodobieństwo, że taki system będzie miał planetę podobną do Ziemi i że życie ewoluowałoby tam w taki sam sposób, jak tutaj?

Podstawowe cechy takiego potencjalnego słonecznego bliźniaka są następujące:

  • Powinna być gwiazdą głównej sekwencji typu G, tj. Gwiazdą (zasadniczo podobną do Słońca), która ma podobny rozmiar jak Słońce i topi wodór z helem i będzie to robiła przez około 10 miliardów lat, aż skończy się paliwa, a następnie rozwinąć się w czerwonego olbrzyma, aby ostatecznie zrzucić jego zewnętrzne warstwy i stać się białym karłem.
  • Temperatura jego powierzchni powinna wynosić około 5700 K, a wiek powinien wynosić około 4,6 miliarda lat, dając wystarczająco dużo czasu na rozwój inteligentnego życia (jak wiemy).
  • Powinien mieć metaliczność podobną do metalicznej Słońca. Jest to miara różnych pierwiastków wewnątrz gwiazdy, które są cięższe od wodoru lub helu. To, co czyni tę interesującą właściwość, polega na tym, że może ona pośrednio wskazywać, czy i jakiego rodzaju egzoplanety może mieć układ gwiezdny. Gwiazdy o wyższej metaliczności mogą obracać się wokół gazowych gigantów i planet skalistych. Możemy oszacować, że gwiazda o metaliczności podobnej do Słońca może mieć wokół siebie podobny rodzaj planet.

Filtrując z bieżących danych obserwowanych gwiazd, mamy wielu dobrych kandydatów, którzy są w pobliżu bliźniaków Słońca. Wrócimy do nich wkrótce, ale teraz zobaczmy inne kryteria rozważone.

✔ Filtr 2: Ciekła woda

Kropelki wody w płynie (źródło zdjęcia: Reddit)

Pewnego pięknego dnia dwa atomy wodoru związane z atomem tlenu i tak powstał eliksir życia. Woda jest kwintesencją przetrwania naszego rodzaju. Przeciętny człowiek nie przetrwa bez niego dłużej niż tydzień.

Odległość od gwiazdy, w której temperatura jest idealna do istnienia ciekłej wody, jest często określana jako Strefa Złotowłosa. Idealnie temperatura powierzchni musi wynosić od -15 do około 70 stopni Celsjusza. Koncentrujemy się na planetach znajdujących się w tej strefie ich gwiazdy macierzystej. Na podstawie danych Keplera astronomowie oszacowali, że w strefie Goldilocks może znajdować się aż 11 miliardów planet Ziemi.

✔ Filtr 3: Skład atmosferyczny

Zorza polarna powstaje, gdy naładowane cząsteczki oddziałują z naszą atmosferą.

Potrzebujemy tlenu do metabolizmu i warstwy ozonowej, aby chronić życie przed szkodliwymi promieniami Słońca. Presja i kompozycja muszą być odpowiednie, aby pomóc nam przetrwać i prosperować. Potrzebujemy również efektu cieplarnianego, bez którego Ziemia byłaby znacznie chłodniejsza. Chociaż w trudniejszych warunkach może istnieć kilka form życia, ograniczmy się w tych poszukiwaniach.

Jeśli zastanawiasz się, jak możemy zrozumieć atmosferę egzoplanety oddalonej o kilka lat świetlnych, mamy prostą, ale skuteczną metodę, aby to zrobić. Obserwując spektrum światła gwiazdy, która również przemierza atmosferę egzoplanety, możemy wskazać znajdujące się w niej elementy. Ogólnie atomy i cząsteczki pochłaniają pewne długości fali światła (jest to specyficzne dla elementu, stąd bardziej przypomina odcisk palca tego elementu). W naszych obserwacjach spektralnych długości fal światła będą nieobecne, co wskazuje na ich obecność w atmosferze egzoplanety.

✔ Filtr 4: Pole magnetyczne

Ziemskie pole magnetyczne chroniące nas przed wiatrem słonecznym (źródło obrazu: NASA)

Obecność pola magnetycznego ma silną korelację z wieloma rzeczami. Weźmy na przykład nasz potencjalny drugi dom, Mars. Jego atmosfera jest znacznie cieńsza (około 100 razy) niż na Ziemi. Chociaż znajduje się w strefie Goldilocks, na powierzchni prawie nie ma płynnej wody. Nic dziwnego, że nie ma też śladu życia. Z drugiej strony Ziemia żyje życiem. Jedną wyraźną różnicą jest tutaj brak silnego pola magnetycznego na Marsie.

Z naszego obecnego zrozumienia, pole magnetyczne planety nie tylko pomaga jej w pewnym stopniu zachować atmosferę, ale także chroni nas przed wiatrami słonecznymi i innymi naładowanymi wysokoenergetycznie cząsteczkami poprzez ich odchylenie.

✔ Filtr 5: Odległość od centrum galaktyki

Jeśli uważasz, że bycie w Strefie Złotowłogów gwiazdy powinno wystarczyć, jesteś w błędzie. Układ gwiezdny musi być również obecny w tak zwanej „Galaktycznej Strefie Mieszkalnej”. Są to obszary galaktyki, w których życie ma największe szanse na utrzymanie. Idealnie jest w dogodnej odległości od centrum galaktyki, a nie w pobliżu jakiejkolwiek supernowej lub innych gwałtownych wydarzeń gwiezdnych, które mogą stanowić zagrożenie wyginięciem. Ziemia znajduje się w jednym z takich miejsc ze stosunkowo spokojnym kosmicznym sąsiedztwem.

Jest to galaktyczna strefa mieszkalna Drogi Mlecznej, jak przewidzieli Lineweaver i in. (2004).

✔ Filtr 6: Inne różne czynniki

Istnieje kilka innych czynników, które mogą mieć wpływ na ewolucję życia. Ziemia jest jedyną znaną planetą, na której żyje życie, ale to nie wszystko. Ziemia jest również jedyną, która ma tektonikę płyt (zaobserwowano pewne obserwacje wskazujące na podobną aktywność na księżycu Jowisza, Europa). Pomagają w utrzymaniu stabilnej temperatury na planecie. Wskazuje to, że tektonika płyt może być niezbędna do życia, ale naukowcy twierdzą, że nie musi to być absolutna konieczność.

Inną kwestią jest obecność tak zwanych „dobrych Jowisza” w systemie. Giganty gazowe, takie jak Jowisz, które krążą dalej od swojej gwiazdy macierzystej, mogą faktycznie odgrywać rolę w odchylaniu masywnych planetoid od kursu zderzenia w kierunku wewnętrznych planet skalistych. Może to pomóc w zapobieganiu masowemu wyginięciu, dając wystarczająco dużo czasu na rozwój inteligentnego życia.

Podczas gdy pochodzenie życia na Ziemi wydaje się być rezultatem szeregu zorganizowanych wydarzeń, które są zbyt piękne, aby były zwykłym zbiegiem okoliczności, to, co sprawia, że ​​uważam, że nie jest ono wyjątkowe, to sama niezgłębiona wielkość tego wszechświata. Układy gwiezdne i planety spełniające wszystkie powyższe kryteria mają bardzo duże szanse na ewolucję życia pozaziemskiego. Biorąc pod uwagę ogromne liczby, takie jak 11 miliardów planet podobnych do Ziemi, wydaje się prawdopodobne, że niektóre z nich muszą mieć inteligentne życie, ale coś jest dziwnie nie tak.

Jest po prostu zbyt wiele możliwości, aby nie być samemu. Mały start w inne miejsce o kilka milionów lat powinien zrodzić zaawansowaną technologicznie cywilizację, która mogła już zbadać naszą galaktykę. a jednak gdziekolwiek spojrzymy w kosmos, nie ma prawie żadnych biologicznych ani techno-podpisów, tylko głęboka cisza, pustka ciemności. Wszelkie roszczenia w przeciwnym wypadku prawie zawsze są odrzucane jako fałszywe alarmy. Zasadniczo jest to paradoks Fermiego. Gdzie są wszyscy?

Zanim przejdziemy dalej, najpierw oszacujmy, jak powinno wyglądać wspólne życie, mówiąc statystycznie. Można to sprawdzić za pomocą słynnego równania Drake'a:

Źródło: Wikipedia

Nie mamy dokładnych wartości dla tych parametrów, ale dwie przeciwstawne oceny mówią nam, że jesteśmy albo sami, albo w naszej galaktyce żyje ponad 15 600 000 cywilizacji. Jest to scenariusz wszędzie lub nigdzie. Nie ma zakładów pośrednich.

Bliżej prawdy, niż kiedykolwiek wcześniej, nadszedł czas na zbadanie wszechświata przy użyciu danych, które mamy (w momencie pisania tego artykułu).

Wracając do dyskusji o gwiazdach podobnych do Słońca, do tej pory zidentyfikowaliśmy szesnastu kandydatów, którzy są w pobliżu bliźniaków, z czego pięć z nich potwierdziło krążące wokół nich egzoplanety. Ale nie pokładaj w sobie wielkich nadziei. Wszechświat zawsze ma coś w zanadrzu, aby przełamać nasze oczekiwania.

Jedna z tych gwiazd, HD 164595, ma planetę (o nazwie HD 164595b) co najmniej 16 razy masywniejszą niż Ziemia krążącą wokół niej co 40 dni. Zakłada się, że jest podobny do Neptuna i prawdopodobnie nie może utrzymać życia, ale co ciekawe, w maju 2015 r. Astronomowie wykryli osobliwy sygnał radiowy dochodzący z tego kierunku. Niektórzy byli podekscytowani, że mogło to być obce pochodzenie, ale brak dalszych dowodów i spostrzeżeń oddalił takie roszczenie.

Stwierdzono, że inna gwiazda o nazwie HD 98649 ma planetę krążącą wokół niej w dziwnie ekscentrycznej orbicie. Może to być mało prawdopodobny dom na całe życie, ale jest lepsza nadzieja w odległości około 2700 lat świetlnych. Oto YBP 1194, jeden z najlepszych dotychczas odkrytych bliźniaków słonecznych. Jednak gwiazda ta jest częścią większej gromady gwiazd, w przeciwieństwie do Słońca, jednak istnieje wokół niej egzoplaneta, co wskazuje, że mogą być wspólne nawet w gromadach gwiazd. Ten konkretny szacuje się na 100 razy większy niż Ziemia i zaskakująco krąży wokół swojej gwiazdy. To stawia znak zapytania, czy ten system nadaje się do zamieszkania, nawet jeśli istniały inne nieodkryte planety w strefie Goldilocks gwiazdy.

Układ planetarny kolejnego słonecznego bliźniacza HIP 11915 jest znacznie bardziej ekscytujący. Potwierdziliśmy, że gazowy gigant wielkości Jowisza okrąża tę gwiazdę, a co ciekawsze, prawie w tej samej odległości, co Jowisz od naszego Słońca. Wskazuje to na obecność wewnętrznych skalistych planet w systemie, z których jedna może być podobna do Ziemi. Naukowcy przewidują, że może to być bardzo dobrze Układ Słoneczny 2.0. Należy poczynić więcej obserwacji, aby to potwierdzić.

Oszczędzając to, co najlepsze na koniec, mamy gwiazdę Kepler-452 znajdującą się około 1402 lat świetlnych od nas. Ma potwierdzoną egzoplanetę na orbicie z okresem 384,843 dni, dość zbliżonym do liczby, którą znamy. Ta planeta również znajdowała się w Strefie Złotowłosa swojej gwiazdy, a jej temperatura powierzchni jest szacowana na podobną do tej na Ziemi!

Właśnie wtedy, gdy pomyślałeś, że elementy układanki pasują do siebie płynnie, mamy problem z gwiazdą macierzystą. Jest znacznie starszy od Słońca (prawie o około 1,5 miliarda lat), dlatego ten system bardziej przypomina naszą przyszłą wersję. Tak czy inaczej, gdyby życie ewoluowało tam tak, jak miało to miejsce na Ziemi, ich cywilizacja byłaby przed nami o miliony lat, podobnie jak warunki. Nie mamy na to jednoznacznych dowodów, ale jest to dobry wybór. Naukowcy z Instytutu SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) już rozpoczęli skanowanie tego obszaru w poszukiwaniu potencjalnych sygnałów obcych. To może być kwestia czasu, zanim coś znajdziemy.

Źródło obrazu: NASA

Misja Kepler wykonała zdumiewającą robotę, odkrywając Kepler-452b, a teraz misja TESS działa obecnie wyłącznie w celu zidentyfikowania większej liczby egzoplanet. Prawie nawet nie zbadaliśmy wierzchołka góry lodowej. W nadchodzących latach pojawi się coraz więcej danych z planowanymi nowymi misjami i jesteśmy na dobrej drodze do naszych poszukiwań. Nawet po zawężeniu kilku czynników i nałożeniu wielu ścisłych ograniczeń, wciąż pozostaje nam tak wiele miejsc do odkrycia i poszukiwania życia.

Wszystkie te obserwacje są dokonywane w galaktyce Drogi Mlecznej i właśnie w ciągu ostatnich 50 lat dokonaliśmy obiecujących odkryć. Szacuje się, że nasz wszechświat ma znacznie ponad 200 miliardów galaktyk. Nawet jeśli weźmiemy pod uwagę, że życie istnieje tylko na jednej planecie w każdej galaktyce spiralnej, liczba pozaziemskich cywilizacji powinna być ogromna.

Zamiast szukać idealnych miejsc, w których mogłoby istnieć życie, prostszym podejściem byłoby poszukiwanie sygnałów z kosmosu. Teoretycznie, każde inteligentne życie najprawdopodobniej wysłałoby transmisje w kosmos, tak jak my. Wykrywanie sygnału radiowego przedstawiającego celowe lub zakodowane przesyłanie jest gwarantowanym dowodem inteligentnego życia. Od dawna słuchamy takich sygnałów.

W przeszłości istniało kilka programów, takich jak Project Ozma, Projects Sentinel, META, BETA i Project Phoenix, wszystkie z których głównym celem było wykrywanie sygnałów pozaziemskich. Jak można się domyślać, jak dotąd żadnemu z nich się nie udało.

To nie jest losowe wyszukiwanie i jest kilka wskazówek, których należy szukać. Jednym z nich jest częstotliwość radiowa w wodopoju, w której naukowcy zazwyczaj szukają oznak komunikacji. Ta specjalna częstotliwość odpowiada linii widmowej jonów hydroksylowych i wodoru, dwóch z najliczniejszych związków we wszechświecie. To sprawia, że ​​jest to „cichy kanał”, tzn. Pozbawiony wszelkich szumów (które są przez nie pochłaniane), co czyni go idealnym do komunikacji pozaziemskiej.

Naukowcy szukali również różnych teoretycznych megastruktur obcych, takich jak Sfera Dysona, Rój lub Pierścień, Lustro Kosmiczne, Hiperteleskop, Ster strumieniowy Shkadov itp. Są to pewne zwariowane struktury science fiction, ale teoretycznie prawdopodobne i można je zbudować przez zaawansowaną cywilizację. (Typ 2 w skali Kardasheva, wspólny miernik stosowany do oceny zaawansowania technologicznego cywilizacji)

Jakie sygnały znaleźliśmy do tej pory?

Wow! sygnał reprezentowany jako „6EQUJ5”. Oryginalny wydruk z odręcznym wykrzyknikiem Ehmana zachował Ohio History Connection

W większości przypadków przestrzeń jest niesamowicie cicha, a nawet w tych kilku chwilach, gdy coś zostanie wykryte, jest to prawdopodobnie fałszywy alarm. Mimo to znaleźliśmy kilka naprawdę tajemniczych takich jak Wow! Sygnał, który zdaniem niektórych naukowców pochodzi właśnie z przelotnej komety.

Źródło radiowe SHGb02 + 14a odkryte w 2003 roku wydaje się bardziej nienaturalne. Znajduje się w obszarze wodopoju i zaobserwowano go kilka razy z podobnym przesunięciem częstotliwości. To, co go wyróżnia, polega na tym, że kierunek, z którego pochodzi, nie ma gwiazd w regionie! Do tej pory nie ma jasnego wyjaśnienia jego pochodzenia.

Obecnie działa kilka programów i nadal będziemy znajdować bardziej interesujące sygnały. Istnieje również sformułowany protokół o nazwie „Polityka wykrywania po wykryciu”, określający uniwersalne wytyczne dotyczące postępowania po potencjalnym odkryciu.

Ogólna intuicja, by uznać nieznany sygnał za pochodzący z kosmosu, jest następująca:

  • To nie powinno wyglądać naturalnie. Powinny istnieć pewne oczywiste oznaki, takie jak wąskie pasmo, modulacja, kodowanie, wiele częstotliwości itp.
  • Nie powinna to być jednorazowa anomalia (co ogólnie wskazuje, że jest to tylko interferencja lub fałszywy alarm). Powinniśmy być w stanie obserwować to raz po raz z tej samej pozycji na niebie.
  • Powinien pochodzić z określonego punktu i tylko z tego punktu. Jeśli taki sygnał jest odbierany ze wszystkich kierunków, jest bardziej prawdopodobne, że jest pochodzenia naturalnego, chociaż możemy nie wiedzieć, co mogło go spowodować. (na przykład Fast Bursts (FRB))

Jeśli jesteś amatorskim astronomem i znajdziesz coś spełniającego te kryteria, możesz znaleźć się w czymś obcym. Przełom Słuchaj to ostatnia inicjatywa podjęta w celu wysłuchania naszych sąsiadów. Dane astronomiczne zgromadzone podczas tego programu są udostępniane publicznie. Możesz uzyskać do niego dostęp i przeprowadzić własne badania!

Brak dowodów może kusić nas do wyciągnięcia wczesnych wniosków, ale właśnie rozpoczęliśmy poszukiwania i wierzę, że nasze kosmiczne sąsiedztwo pełne jest tajemnic czekających na odkrycie.

Wiedz o tym, kiedy następnym razem spojrzysz w niebo. Bardziej prawdopodobne jest, że gdzieś w pobliżu migoczącej kropki jest miejsce, które ktoś woła do domu, a może, być może, ktoś patrzy na nas, zastanawiając się nad tym samym pytaniem: „Czy wszyscy jesteśmy naprawdę sami?”

Sądzę, że w ciągu najbliższych 1000 lat odnajdą nas kosmiczni towarzysze. I ten moment będzie najważniejszy w całej egzystencji ludzkości. Oto mała wiadomość, którą chcę przekazać kosmitom czytającym ten artykuł w przyszłości (jestem dość ambitny):

"No hej! Nie jestem pewien, czy możesz to zrozumieć, ale dziękuję za całą inspirację. Na długo zanim dowiedzieliśmy się o tobie, zainspirowałeś pokolenia ciekawskich umysłów i odkrywców takich jak ja, aby marzyli o istnieniu poza niebem…

A oto moja odpowiedź na to pytanie. Nie, nie jesteśmy sami, nigdy nie byliśmy i nigdy nie będziemy. W najgorszym przypadku, nawet jeśli moje myśli okażą się błędne, nadal je znajdziemy.

Gdzieś w dole zostalibyśmy kosmitami, których cały czas szukaliśmy.

Powyższy obraz pokazuje artystyczną interpretację przepływu wydarzeń w 13-miliardowej historii Wszechświata od Wielkiego Wybuchu w prawym górnym rogu przeciwnie do ruchu wskazówek zegara do formowania się życia na Ziemi w prawym dolnym rogu. (Kredyty obrazkowe: Indiana University Bloomington)