60 år senere, er det tid til at opdatere Drake-ligningen?

Den 1. november 1961, en række fremtrædende videnskabsmænd konvergerede på National Radio Astronomy Observatory i Green Bank, West Virginia, til en tre-dages konference. Et år tidligere, dette anlæg havde været stedet for det første moderne SETI-eksperiment (Project Ozma), hvor de berømte astronomer Frank Drake og Carl Sagan brugte Green Bank-teleskopet (alias "Big Ear") til at overvåge to nærliggende sollignende stjerner - Epsilon Eridani og Tau Ceti.

Selvom det ikke lykkedes, Ozma blev et samlingspunkt for videnskabsmænd, der var interesserede i dette spirende felt kendt som Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI). Som resultat, Drake og Sagan var motiverede til at holde den allerførste SETI-konference, hvor emnet for at lede efter mulige udenjordiske radiosignaler vil blive diskuteret. Som forberedelse til mødet, Drake udarbejdede følgende heuristiske ligning:

N =R _* • f _s • n _e • f _l • f _jeg • f _c • L

Dette ville blive kendt som "Drake-ligningen, " som af mange anses for at være en af ​​de mest berømte ligninger i videnskabens historie. På 60-året for dens oprettelse, John Gertz - en filmproducent, amatør astronom, bestyrelsesmedlem med BreakThrough Listen, og den treårige tidligere bestyrelsesformand for SETI-instituttet – hævder i et nyligt papir, at en faktor-for-faktor-genovervejelse er på sin plads.

I denne avis, som for nylig blev accepteret til offentliggørelse af Journal of the British Interplanetary Society (JBIS), Gertz argumenterer for en revideret ligning og meget mere søgning. For at bryde det ned, Drake-ligningen består af følgende parametre:

• N er antallet af civilisationer i vores galakse, vi kunne kommunikere med
• R _* er den gennemsnitlige stjernedannelseshastighed i vores galakse
• f _s er brøkdelen af ​​stjerner med planetsystemer
• n _e er antallet af planeter, der kan understøtte liv
• f _l er antallet af de planeter, der vil udvikle liv
• f _jeg er antallet af de planeter, der vil udvikle intelligent liv
• f _c er antallet af civilisationer, der kan udvikle transmissionsteknologier
• L er mængden af ​​tid, som disse civilisationer ville have til at sende deres signaler ud i rummet.

I stedet for at være et egentligt middel til at kvantificere antallet af intelligente arter i vores galakse, Formålet med ligningen var at danne ramme for diskussionen om SETI. Ud over at indkapsle de udfordringer, som videnskabsmænd står over for, det var beregnet til at stimulere den videnskabelige dialog blandt deltagerne i mødet. Som Drake senere ville bemærke:

"Som jeg planlagde mødet, Jeg indså et par dage før, at vi havde brug for en dagsorden. Så jeg skrev alle de ting ned, du havde brug for at vide for at forudsige, hvor svært det bliver at opdage udenjordisk liv. Og ser på dem, det blev ret tydeligt, at hvis du multiplicerede alle disse sammen, du har et nummer, N, hvilket er antallet af detekterbare civilisationer i vores galakse. Dette var rettet mod radiosøgningen, og ikke at søge efter primordiale eller primitive livsformer."

Drake-ligningen har siden opnået stor berømmelse og stor berømmelse. Mens nogle videnskabsmænd vil prise det som et af de vigtigste bidrag til videnskabelig undersøgelse, andre har kritiseret det for dets åbenlyse usikkerheder og formodede karakter. Sådan kritik understreger, at ved at multiplicere usikre variable, niveauet af usikkerhed vokser eksponentielt, til det punkt, hvor ingen sikre konklusioner er mulige.

Som John Gertz forklarede til Universe Today via e-mail, problemerne forbundet med Drake-ligningen er ikke blevet mindre med tiden. For mange videnskabsmænd, de dybe opdagelser, der har fundet sted i de sidste par årtier (som har reduceret usikkerhedsniveauet med nogle af ligningens variabler) har sat spørgsmålstegn ved selve ligningens anvendelighed.

"Drake-ligningen var en ekstraordinær nyttig heuristik i begyndelsen af ​​den moderne søgen efter udenjordisk intelligens i de tidlige 1960'ere, " sagde han. "Det styrede vores første udkast til tanker om emnet. Tres år senere, imidlertid, det er et knirkende og aldrende bygningsværk, der bør fejes væk til fordel for frisk nytænkning."

Af hensyn til sit studium, Gertz genovervejede hver af variablerne i Drake-ligningen for at bestemme, om de stadig var nyttige til at lægge begrænsninger på muligheden for intelligent liv. Til at begynde med, der var parameteren R _* , som Gertz beskrev som "ubrugelig" af en række årsager. Disse omfatter det faktum, at hastigheden af ​​ny stjernedannelse ændrer sig over tid, og at Drake begrænsede sig til sollignende stjerner (som har en lav fødselsrate sammenlignet med flere andre typer).

Også, der er mulighed for, at ET-signaler kan være ekstragalaktiske af oprindelse, og at antallet af civilisationer ikke er relateret til fødslen af ​​nye stjerner. Af disse grunde, han foreslår, at R _* bør erstattes med n _s , som angiver antallet af kandidatstjerner i Mælkevejen, der falder inden for vores synsfelt. Dette ville være betydeligt, da stjerner, der menes at være gode kandidater til beboelighed, inkluderer G-type, K-type og M-type (samlet omfatter over 80 % af stjernerne).

Næste, der er antallet af stjerner, der har en planet eller et system, der kredser om dem (f _s parameter), hvilket stort set var ukendt på Drakes tid. Imidlertid, i de sidste to årtier, antallet af bekræftede exoplaneter er vokset eksponentielt (4, 383 og tæller), i høj grad takket være Kepler-rumteleskopet. Disse opdagelser tyder på, at planeter er allestedsnærværende for stjerner, hvilket gør parametrene stort set irrelevante.

Dernæst er en anden vigtig overvejelse, der er opstået fra de seneste opdagelser af exoplaneter. Dette er antallet af jordlignende planeter (også kaldet "terrestriske" eller stenede), der kredser inden for deres moderstjernes beboelige zone (HZ) – n _e . Men som flere forskningslinjer har vist, blot at kredse inden for en stjernes HZ er næppe den eneste overvejelse. Der er også en planets størrelse, atmosfære, og tilstedeværelsen af ​​vand og tektonisk aktivitet.

Definitionen af ​​HZ er også begrænset til planeter, hvorimod naturen af ​​måner som Ganymedes, Europa, Enceladus, Titan og andre antyder, at liv kunne eksistere i "havmåne"-miljøer. Der er også tilfældet med Mars og Venus, som begge havde strømmende vand og relativt stabile temperaturer på én gang. Altså, Gertz anbefaler, at n _e bør erstattes af n _tb , som angiver det samlede antal legemer (planeter, måner, planetoider, osv.), der kunne understøtte liv enten på deres overflader eller under dem.

Parameteren f _l (planeter, der vil udvikle liv) er også håbløst usikker, hovedsageligt fordi videnskabsmænd ikke er sikre på, hvordan livet startede her på Jorden. Nuværende teorier spænder fra primordiale pools og hydrotermiske åbninger til såning fra rummet (lithopanspermia) og mellem stjernesystemer og galakser (panspermia). Der er heller ingen konsensus om, hvorvidt livet er allestedsnærværende eller sjældent, på grund af det faktum, at søgen efter udenjordisk liv (grundlæggende eller på anden måde) er så datafattig.

Næste, fraktionen af ​​liv-bærende planeter, der vil give anledning til en teknologisk kompetent art (f _jeg ) er især problematisk. I dette tilfælde, spørgsmålet kommer ned til evolutionære veje, og hvorvidt de faktorer, der fører til fremkomsten af ​​homo sapiens, overhovedet er almindelige. Kort sagt, vi aner ikke, om evolution er konvergent (begunstiger intelligens) eller ikke-konvergent.

Næstsidste parameter, den del af intelligente arter, der kunne forsøge at kommunikere med os lige nu (f _c ), er ligeledes fyldt med problemer. På den ene side, den erkender, at ikke alle teknologisk kompetente arter vil være i stand til at kommunikere med os, eller villig (a la "mørke skov"-hypotesen). På den anden, den tager ikke højde for to meget vigtige overvejelser.

For en, den tager ikke hensyn til, hvor lang tid det tager for en sender eller modtager at lave et enkelt kredsløb gennem en række objekter i vores galakse. Medmindre signaler udsendes konstant og ved meget høje energiniveauer, chancerne for at blive modtaget er ret ugunstige. Ud over, den tager ikke højde for muligheden for, at teknosignaturer (såsom radiotransmissioner) vil blive opdaget utilsigtet.

Derfor, Getz anbefaler f.eks _c erstattes af parameteren f _d , som er mere bred af karakter. Ud over at overveje en udenjordisk civilisations forsøg på at kommunikere med os, det har også betydning for vores evne til at opdage en civilisations teknosignaturer. Trods alt, hvad nytter signaleringsindsatsen, hvis de påtænkte modtagere ikke engang er i stand til at modtage beskeden?

Sidst, men bestemt ikke mindst, der er den vanskelige parameter for L, den tid, en teknologisk afhængig civilisation vil bruge på at forsøge at kommunikere med Jorden. Over tid, denne parameter er blevet identificeret som civilisationernes levetid, eller hvor længe de kan være i en fremskreden tilstand, før de bukker under for selvdestruktion eller miljøsammenbrud.

Carl Sagan indrømmede selv, at af alle parametrene i Drake-ligningen, dette var langt det mest usikre. Enkelt sagt, vi har ingen måde at vide, hvor længe en civilisation kan bestå, før den ikke længere er i stand til at kommunikere med kosmos. Vi kunne ikke mere forudsige, hvordan og hvornår en udenjordisk civilisation kunne ende, end vi kunne vores egne (selvom nogle mennesker tvivler på, at vi kommer ud af dette århundrede).

En anden almindelig overvejelse er sandsynligheden for, at når et udenjordisk signal eller messenger-sonde bliver fundet af en anden art, civilisationen, der er ansvarlig for at sende den, vil for længst være død. This argument is part of the "brief window" hypothesis, which conjectures that advanced civilizations will invariably succumb to existential threats before another civilization can receive and respond to their transmissions. Getz explained:"[T]he Drake equation was predicated upon the notion that there is a finite number of currently existing alien civilizations ensconced among the stars, some of whom will be signaling their presence to us using radio or optical lasers. Imidlertid, this ignores another school of thought which holds that ET's far better strategy would be to send physical probes to our solar system to surveil and ultimately make contact with us.

"Such probes could represent information from innumerable civilizations, many of whom may have long ago perished. Hvis dette er tilfældet, Drake's L is irrelevant, since the probe might far outlive its progenitor, and his N reduces to one, the single probe that makes its presence known to us through which alone we might communicate with the rest of the galaxy."

Ultimativt, an updated version of the Drake Equation (based on Getz's analysis) would look like this:

N =ns • fp • ntb • fl • fi • fd • L

• n _s is the number of spots on the sky within our FOVs
• f _s is the fraction of stars with planets
• n _tb is the average number of bodies within each that could engender life
• f _l is the fraction of those that actually do give birth to life.
• f _jeg is the fraction of systems with life that evolves technological intelligence
• f _d is the fraction of technological life that is detectable by any means
• L is the duration of detectability

Ak, when all the parameters (and their respective levels of uncertainty) are considered, we are left with some uncomfortable implications. På den ene side, it would be empirically simpler to conclude that humanity is currently the only technologically advanced civilization in the observable universe. Eller, as Getz concludes, it could serve as a call to action to reduce or eliminate these levels of uncertainty.

"The Drake equation sets out to determine N, the number of extant communicating civilizations, " he said. "There is simply no way to determine this by any known means other than by making contact with our first ET and asking it what it might know of the matter. The failure of the Drake equation paradoxically makes a robust SETI program all the more important, since no amount of armchair speculation can determine N."

As to what a robust SETI program would look like, he acknowledges that current efforts—epitomized by Breakthrough Listen—are a good start. As part of Breakthrough Initiatives (a non-profit organization founded by Yuri and Julia Milner in 2015) this 10-year, $100 million program is the most comprehensive survey ever undertaken in the search for technosignatures in the universe.

The project relies on radio wave observations made by the Green Bank Observatory and the Parkes Observatory in Southeastern Australia, as well as visible-light observations from the Automated Planet Finder at the Lick Observatory in San Jose, Californien. Combined with the latest in innovative software and data analysis techniques, the project will survey one million nearby stars, the entire galactic plane, and 100 nearby galaxies.

Imidlertid, in order for SETI research to truly advance to the point where the Drake equation can be used, two things are necessary:secure funding and dedicated observatories.

"Breakthrough Listen is a game-changer. Because of it, more SETI is accomplished in a single day than was ever before accomplished in a full year. Imidlertid, over the long term, much more needs to be done. Foremost is perpetual funding that can only be assured through an endowment.

"Også, there is a need to build more telescopes dedicated to 24/7 [observation], particularly wide-field-of-view telescopes, because we can only guess from where ET's signal might arrive, and to train additional scientists who in turn might know that they can plan a career around SETI assured by a funded endowment."

Aside from the rigorous nature of looking for the proverbial needle in the cosmic haystack, one of the greatest challenges of SETI research is ensuring that funding will remain available. This is not unique to the field of SETI, but compared to space exploration and related endeavors; there is the constant battle to justify its existence. But considering that the payoff will be the single greatest discovery in the history of humanity, it is definitely worth the cost.