مفارقة فيرمي بعد موجة من اكتشافات الكواكب الخارجية
محتوى
في المجرة RX J1131-1231 ، اكتشف فريق من علماء الفيزياء الفلكية من جامعة أوكلاهوما أول مجموعة معروفة من الكواكب خارج مجرة درب التبانة. الأجسام "المتعقبة" بواسطة تقنية الجاذبية الدقيقة لها كتل مختلفة - من القمر إلى كوكب المشتري. هل يجعل هذا الاكتشاف مفارقة فيرمي أكثر تناقضًا؟
هناك نفس العدد تقريبًا من النجوم في مجرتنا (100-400 مليار) ، تقريبًا نفس العدد من المجرات في الكون المرئي - لذلك هناك مجرة كاملة لكل نجم في مجرتنا درب التبانة الشاسعة. بشكل عام لمدة 10 سنوات22 إلى 1024 النجوم. لا يتفق العلماء على عدد النجوم التي تشبه شمسنا (أي متشابهة في الحجم ودرجة الحرارة والسطوع) - تتراوح التقديرات من 5٪ إلى 20٪. أخذ القيمة الأولى واختيار أقل عدد من النجوم (1022) ، نحصل على 500 تريليون أو مليار مليار نجم مثل الشمس.
وفقًا لدراسات وتقديرات PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) ، فإن 1 ٪ على الأقل من النجوم في الكون تدور حول كوكب قادر على دعم الحياة - لذلك نحن نتحدث عن عدد 100 مليار مليار كوكب بخصائص مماثلة الى الارض. إذا افترضنا أنه بعد مليارات السنين من الوجود ، فإن 1٪ فقط من كواكب الأرض ستطور الحياة ، و 1٪ منها سيكون لها حياة تطورية في شكل ذكي ، فهذا يعني أن هناك كوكب واحد للبلياردو مع الحضارات الذكية في الكون المرئي.
إذا تحدثنا فقط عن مجرتنا وكررنا الحسابات ، بافتراض العدد الدقيق للنجوم في مجرة درب التبانة (100 مليار) ، فإننا نستنتج أنه ربما يوجد على الأقل مليار كوكب شبيه بالأرض في مجرتنا. و 100 XNUMX. حضارات ذكية!
يضع بعض علماء الفيزياء الفلكية فرصة أن تصبح البشرية أول الأنواع المتقدمة تقنيًا عند 1 من كل 10.22أي أنها لا تزال غير ذات أهمية. من ناحية أخرى ، كان الكون موجودًا منذ حوالي 13,8 مليار سنة. حتى لو لم تظهر الحضارات في المليارات القليلة الأولى من السنين ، فلا يزال هناك وقت طويل قبل ظهورها. بالمناسبة ، بعد القضاء النهائي على مجرة درب التبانة ، إذا كان هناك "فقط" ألف حضارة وكانوا موجودين في نفس الوقت تقريبًا مثل حضارتنا (حتى الآن حوالي 10 XNUMX سنة) ، فمن المرجح أنهم قد اختفوا بالفعل ، الموت أو جمع الآخرين الذين يتعذر الوصول إليهم لتطوير مستوانا ، والذي سيتم مناقشته لاحقًا.
لاحظ أنه حتى الحضارات الموجودة "في نفس الوقت" تتواصل بصعوبة. إذا كان السبب هو أنه إذا كان هناك فقط 10 آلاف سنة ضوئية ، فسيستغرق الأمر 20 ألف سنة ضوئية لطرح سؤال ثم الإجابة عليه. سنين. بالنظر إلى تاريخ الأرض ، لا يمكن استبعاد أنه في مثل هذه الفترة الزمنية يمكن أن تنشأ حضارة وتختفي من السطح ...
المعادلة فقط من المجهول
في محاولة لتقييم ما إذا كانت حضارة غريبة موجودة بالفعل ، فرانك دريك في الستينيات من القرن الماضي ، اقترح المعادلة الشهيرة - صيغة مهمتها هي تحديد وجود أجناس ذكية في مجرتنا "بشكل علمي". هنا نستخدم مصطلحًا صاغه منذ سنوات عديدة جان تاديوس ستانيسلافسكي ، وهو كاتب هجائي ومؤلف "محاضرات" إذاعية وتلفزيونية حول "علم النفس التطبيقي" ، لأن هذه الكلمة تبدو مناسبة لهذه الاعتبارات.
وفق معادلة دريك - N هو عدد الحضارات خارج كوكب الأرض التي يمكن للبشرية أن تتواصل معها ، هو نتاج:
R* هو معدل تشكل النجوم في مجرتنا ؛
fp هي النسبة المئوية للنجوم التي بها كواكب ؛
ne هو متوسط عدد الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن لنجم ، أي تلك التي يمكن أن تنشأ عليها الحياة ؛
fl هي النسبة المئوية للكواكب في المنطقة الصالحة للسكن والتي ستنشأ عليها الحياة ؛
fi هي النسبة المئوية للكواكب المأهولة التي تطور فيها الحياة الذكاء (أي تخلق حضارة) ؛
fc - نسبة الحضارات التي تريد التواصل مع الإنسانية ؛
L هو متوسط عمر هذه الحضارات.
كما ترى ، تتكون المعادلة من جميع المجهول تقريبًا. بعد كل شيء ، لا نعرف متوسط مدة وجود الحضارة ، ولا نسبة أولئك الذين يريدون الاتصال بنا. باستبدال بعض النتائج في معادلة "أكثر أو أقل" ، اتضح أنه قد يكون هناك المئات ، إن لم يكن الآلاف ، من هذه الحضارات في مجرتنا.
معادلة دريك ومؤلفها
الأرض النادرة والأجانب الأشرار
حتى باستبدال القيم المحافظة لمكونات معادلة دريك ، نحصل على آلاف الحضارات المشابهة لحضارتنا أو أكثر ذكاءً. ولكن إذا كان الأمر كذلك ، فلماذا لا يتصلون بنا؟ هذا ما يسمى مفارقة فيرمي. لديه العديد من "الحلول" والتفسيرات ، ولكن مع الوضع الحالي للتكنولوجيا - وحتى أكثر من نصف قرن - كلها مثل التخمين وإطلاق النار الأعمى.
غالبًا ما يتم شرح هذا التناقض ، على سبيل المثال فرضية الأرض النادرةأن كوكبنا فريد من نوعه في كل شيء. يتم اختيار الضغط أو درجة الحرارة أو المسافة من الشمس أو الميل المحوري أو المجال المغناطيسي الواقي من الإشعاع بحيث يمكن أن تتطور الحياة وتتطور لأطول فترة ممكنة.
بالطبع ، نحن نكتشف المزيد والمزيد من الكواكب الخارجية في المحيط البيئي التي يمكن أن تكون مرشحة للكواكب الصالحة للحياة. في الآونة الأخيرة ، تم العثور عليها بالقرب من أقرب نجم لنا - Proxima Centauri. ومع ذلك ، ربما ، على الرغم من أوجه التشابه ، فإن "الأرض الثانية" الموجودة حول الشموس الغريبة ليست "تمامًا" مثل كوكبنا ، وفقط في مثل هذا التكيف يمكن أن تنشأ حضارة تكنولوجية فخورة؟ ربما. ومع ذلك ، فإننا نعلم ، حتى عند النظر إلى الأرض ، أن الحياة تزدهر في ظل ظروف "غير مناسبة" للغاية.
بالطبع ، هناك فرق بين إدارة وبناء الإنترنت وإرسال تيسلا إلى المريخ. يمكن حل مشكلة التفرد إذا تمكنا من العثور في مكان ما في الفضاء على كوكب يشبه الأرض تمامًا ، ولكنه خالٍ من الحضارة التكنولوجية.
عند شرح مفارقة فيرمي ، يتحدث المرء أحيانًا عن ما يسمى بـ كائنات فضائية سيئة. هذا مفهوم بطرق مختلفة. لذلك يمكن أن تكون هذه الكائنات الفضائية الافتراضية "غاضبة" من رغبة شخص ما في مضايقتها والتدخل والإزعاج - لذلك يعزلون أنفسهم ولا يستجيبون للانتقادات ولا يريدون أن يكون لهم أي علاقة بأي شخص. هناك أيضًا تخيلات عن كائنات فضائية "شريرة بشكل طبيعي" تدمر كل حضارة يواجهونها. إن المتقدمين من الناحية التكنولوجية أنفسهم لا يريدون أن تقفز الحضارات الأخرى إلى الأمام وتصبح تهديدًا لهم.
من الجدير بالذكر أيضًا أن الحياة في الفضاء تخضع للعديد من الكوارث التي نعرفها من تاريخ كوكبنا. نحن نتحدث عن التجلد ، ردود الفعل العنيفة للنجم ، القصف بالنيازك ، الكويكبات أو المذنبات ، الاصطدام مع الكواكب الأخرى أو حتى الإشعاع. حتى لو لم تؤدي مثل هذه الأحداث إلى تعقيم الكوكب بأكمله ، فقد تكون نهاية الحضارة.
أيضًا ، لا يستبعد البعض أننا من أوائل الحضارات في الكون - إن لم تكن الأولى - وأننا لم نتطور بعد بما يكفي لنكون قادرين على الاتصال بالحضارات الأقل تقدمًا التي نشأت فيما بعد. إذا كان الأمر كذلك ، فإن مشكلة البحث عن كائنات ذكية في الفضاء خارج كوكب الأرض ستظل غير قابلة للحل. علاوة على ذلك ، لا يمكن لحضارة افتراضية "شابة" أن تكون أصغر منا ببضعة عقود فقط حتى تتمكن من الاتصال بها عن بُعد.
النافذة أيضًا ليست كبيرة جدًا في المقدمة. ربما كانت التكنولوجيا والمعرفة في حضارة عمرها ألف عام غير مفهومة بالنسبة لنا كما هي اليوم لرجل من الحروب الصليبية. الحضارات الأكثر تقدمًا ستكون مثل عالمنا للنمل من عش النمل على جانب الطريق.
المضاربة ما يسمى مقياس كارداشيفومهمتها تأهيل المستويات الافتراضية للحضارة وفقًا لكمية الطاقة التي تستهلكها. وفقا لها ، نحن لسنا حتى حضارة بعد. النوع I، أي الذي أتقن القدرة على استخدام موارد الطاقة لكوكبه. حضارة النوع الثاني قادر على استخدام كل الطاقة المحيطة بالنجم ، على سبيل المثال ، باستخدام هيكل يسمى "كرة دايسون". حضارة النوع الثالث وفقًا لهذه الافتراضات ، فإنها تلتقط كل طاقة المجرة. تذكر ، مع ذلك ، أن هذا المفهوم تم إنشاؤه كجزء من حضارة غير مكتملة من المستوى الأول ، والتي كانت حتى وقت قريب تُصوَّر بشكل خاطئ على أنها حضارة من النوع الثاني تتجه نحو بناء كرة دايسون حول نجمها (شذوذ ضوء النجوم). KIK 8462852).
إذا كانت هناك حضارة من النوع الثاني ، وحتى أكثر من ذلك الثالثة ، فسنراها بالتأكيد ونتواصل معنا - يعتقد البعض منا ذلك ، مجادلة بأنه نظرًا لأننا لا نرى أو نتعرف على مثل هؤلاء الفضائيين المتقدمين ، فإنهم ببساطة لا وجود لها. ومع ذلك ، تقول مدرسة أخرى لتفسير مفارقة فيرمي أن الحضارات في هذه المستويات غير مرئية ولا يمكن التعرف عليها بالنسبة لنا - ناهيك عن أنها ، وفقًا لفرضية حديقة الحيوانات الفضائية ، لا تولي اهتمامًا لمثل هذه المخلوقات المتخلفة.
بعد الاختبار أم قبله؟
بالإضافة إلى التفكير في الحضارات المتطورة للغاية ، فإن مفارقة فيرمي تفسر أحيانًا بالمفاهيم المرشحات التطورية في تطور الحضارة. وفقا لهم ، هناك مرحلة في عملية التطور تبدو مستحيلة أو غير مرجحة للحياة. تسمى مرشح رائع، وهو أعظم اختراق في تاريخ الحياة على هذا الكوكب.
بقدر ما يتعلق الأمر بتجربتنا البشرية ، لا نعرف بالضبط ما إذا كنا متأخرين أو متقدمين أو في منتصف عملية ترشيح رائعة. إذا تمكنا من التغلب على هذا الفلتر ، فقد يكون حاجزًا لا يمكن التغلب عليه لمعظم أشكال الحياة في الفضاء المعروف ، ونحن فريدون. يمكن أن يحدث الترشيح منذ البداية ، على سبيل المثال ، أثناء تحول خلية بدائية النواة إلى خلية حقيقية النواة معقدة. إذا كان الأمر كذلك ، فقد تكون الحياة في الفضاء عادية تمامًا ، ولكن في شكل خلايا بدون نوى. ربما نحن فقط أول من خضع لعملية التصفية الكبرى؟ هذا يعيدنا إلى المشكلة التي سبق ذكرها ، وهي صعوبة التواصل عن بعد.
هناك أيضًا خيار يتمثل في أن تقدمًا في التنمية لا يزال أمامنا. لم يكن هناك أي شك في أي نجاح في ذلك الوقت.
هذه كلها اعتبارات تخمينية للغاية. يقدم بعض العلماء تفسيرات أكثر دنيوية لنقص الإشارات الفضائية. يقول آلان ستيرن ، كبير العلماء في New Horizons ، إن المفارقة يمكن حلها ببساطة. قشرة ثلجية سميكةالذي يحيط بالمحيطات على الأجرام السماوية الأخرى. يستنتج الباحث هذا الاستنتاج على أساس الاكتشافات الحديثة في النظام الشمسي: محيطات الماء السائل تكمن تحت قشور العديد من الأقمار. في بعض الحالات (أوروبا ، إنسيلادوس) ، يتلامس الماء مع التربة الصخرية ويتم تسجيل النشاط الحراري المائي هناك. هذا يجب أن يساهم في ظهور الحياة.
يمكن لقشرة جليدية سميكة أن تحمي الحياة من الظواهر المعادية في الفضاء الخارجي. نحن نتحدث هنا ، من بين أمور أخرى ، عن التوهجات النجمية القوية ، وتأثيرات الكويكبات أو الإشعاع بالقرب من عملاق غازي. من ناحية أخرى ، قد يمثل حاجزًا أمام التنمية يصعب التغلب عليه حتى بالنسبة للحياة الذكية الافتراضية. قد لا تعرف مثل هذه الحضارات المائية أي مساحة على الإطلاق خارج القشرة الجليدية السميكة. من الصعب حتى أن تحلم بتجاوز حدودها والبيئة المائية - سيكون الأمر أكثر صعوبة مما هو عليه بالنسبة لنا ، حيث أن الفضاء الخارجي ، باستثناء الغلاف الجوي للأرض ، ليس أيضًا مكانًا ودودًا للغاية.
هل نبحث عن حياة أم مكان مناسب للعيش فيه؟
على أي حال ، يجب علينا نحن أبناء الأرض أيضًا أن نفكر فيما نبحث عنه حقًا: الحياة نفسها أو مكان مناسب للحياة مثل حياتنا. بافتراض أننا لا نريد خوض حروب فضائية مع أي شخص ، فهذان شيئان مختلفان. يمكن للكواكب القابلة للحياة ولكن ليس لديها حضارات متقدمة أن تصبح مناطق استعمار محتملة. ونجد المزيد والمزيد من هذه الأماكن الواعدة. يمكننا بالفعل استخدام أدوات المراقبة لتحديد ما إذا كان الكوكب في ما يعرف باسم المدار. منطقة الحياة حول نجمسواء كانت صخرية وفي درجة حرارة مناسبة للماء السائل. قريباً سنتمكن من اكتشاف ما إذا كان هناك بالفعل ماء ، وتحديد تكوين الغلاف الجوي.
تعتمد منطقة الحياة حول النجوم على حجمها وأمثلة على الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض (الإحداثيات الأفقية - المسافة من النجم (JA) ؛ الإحداثيات الرأسية - كتلة النجم (بالنسبة للشمس)).
في العام الماضي ، باستخدام أداة ESO HARPS وعدد من التلسكوبات حول العالم ، اكتشف العلماء الكوكب الخارجي LHS 1140b باعتباره المرشح الأكثر شهرة للحياة. يدور حول القزم الأحمر LHS 1140 ، على بعد 18 سنة ضوئية من الأرض. يقدر علماء الفلك أن عمر الكوكب لا يقل عن خمسة مليارات سنة. وخلصوا إلى أن قطرها يقارب 1,4 1140. كم - أي XNUMX ضعف حجم الأرض. خلصت الدراسات التي أجريت على كتلة وكثافة LHS XNUMX b إلى أنه من المحتمل أن يكون صخرة ذات قلب حديدي كثيف. يبدوا مألوفا؟
قبل ذلك بقليل ، أصبح نظامًا من سبعة كواكب شبيهة بالأرض حول نجم مشهورًا. TRAPPIST-1. يتم تصنيفهم من "b" إلى "h" بترتيب المسافة من النجم المضيف. تشير التحليلات التي أجراها العلماء ونشرت في عدد يناير من مجلة Nature Astronomy إلى أنه نظرًا لدرجات حرارة السطح المعتدلة ، وتسخين المد والجزر المعتدل ، وتدفق الإشعاع المنخفض بما يكفي الذي لا يؤدي إلى تأثير الاحتباس الحراري ، فإن أفضل المرشحين للكواكب الصالحة للحياة هم "e "الأشياء و" e ". من الممكن أن الأول يغطي المحيط المائي بأكمله.
كواكب نظام TRAPPIST-1
وبالتالي ، فإن اكتشاف الظروف المواتية للحياة يبدو بالفعل في متناول أيدينا. يعد الاكتشاف عن بُعد للحياة نفسها ، والذي لا يزال بسيطًا نسبيًا ولا يصدر عنه موجات كهرومغناطيسية ، قصة مختلفة تمامًا. ومع ذلك ، اقترح العلماء في جامعة واشنطن طريقة جديدة تكمل البحث المقترح منذ فترة طويلة عن الأعداد الكبيرة. الأكسجين في الغلاف الجوي للكوكب. الشيء الجيد في فكرة الأكسجين هو أنه من الصعب إنتاج كميات كبيرة من الأكسجين بدون حياة ، لكن من غير المعروف ما إذا كانت الحياة كلها تنتج الأكسجين.
يوضح Joshua Crissansen-Totton من جامعة واشنطن في دورية Science Advances: "إن الكيمياء الحيوية لإنتاج الأكسجين معقدة ويمكن أن تكون نادرة". من خلال تحليل تاريخ الحياة على الأرض ، كان من الممكن تحديد مزيج من الغازات ، يشير وجودها إلى وجود الحياة بنفس طريقة الأكسجين. بالحديث عن خليط من الميثان وثاني أكسيد الكربون ، بدون أول أكسيد الكربون. لماذا لم أخير؟ الحقيقة هي أن ذرات الكربون في كلا الجزيئين تمثل درجات مختلفة من الأكسدة. من الصعب جدًا الحصول على مستويات مناسبة من الأكسدة من خلال عمليات غير بيولوجية دون التكوين المصاحب لأول أكسيد الكربون بوساطة التفاعل. إذا كان ، على سبيل المثال ، مصدر غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون2 هناك براكين في الغلاف الجوي ، وستكون مصحوبة حتما بأول أكسيد الكربون. علاوة على ذلك ، يتم امتصاص هذا الغاز بسرعة وسهولة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. نظرًا لوجودها في الغلاف الجوي ، يجب بدلاً من ذلك استبعاد وجود الحياة.
لعام 2019 ، تخطط ناسا للإطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائيوالتي ستكون قادرة على دراسة الغلاف الجوي لهذه الكواكب بدقة أكبر لوجود غازات أثقل مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان والماء والأكسجين.
تم اكتشاف أول كوكب خارجي في التسعينيات. منذ ذلك الحين ، أكدنا بالفعل ما يقرب من 90 كواكب خارجية في حوالي 4 نظامًا ، بما في ذلك حوالي عشرين نظامًا يبدو أنها صالحة للسكن. من خلال تطوير أدوات أفضل لمراقبة هذه العوالم ، سنتمكن من إجراء تخمينات أكثر استنارة حول الظروف هناك. وما سيأتي منه يبقى أن نرى.
