RW Space

В 1960 году, готовясь к первой встрече по поиску внеземного разума (SETI), легендарный астроном и пионер SETI доктор Фрэнк Дрейк представил свое вероятностное уравнение для оценки количества возможных цивилизаций в нашей галактике. Уравнение Дрейка.

Ключевым параметром в этом уравнении был n_e, количество планет в нашей галактике, способных поддерживать жизнь – т.е. «обитаемый». В то время астрономы еще не были уверены, что у других звезд есть системы планет. Но благодаря таким миссиям, как Kepler, 5523 экзопланеты были подтверждены, и еще 9867 ожидают подтверждения!

На основании этих данных астрономы дали различные оценки количества обитаемых планет в нашей галактике – по одной оценке, не менее 100 миллиардов!

В В недавнем исследовании профессор Пьеро Мадау представил математическую основу для расчета населения обитаемых планет в пределах 100 парсеков (326 световых лет) от нашего Солнца.

Предполагая, что Земля и Солнечная система являются репрезентативными для нормы, Мадау подсчитали, что этот объем космоса может содержать до 11 000 земных (также известных как скалистые) экзопланет размером с Землю, которые вращаются вокруг обитаемых зон своих звезд (HZ).

Проф. Мадау — профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Крус (UCSC). Центральное место в его исследовании занимает Принцип Коперника, названный в честь знаменитого польского астронома Николая Коперника, изобретателя гелиоцентрической модели.

Также известный как Космологический принцип (или Принцип посредственности), Принцип гласит, что ни люди, ни Земля не имеют привилегированного положения для наблюдения за Вселенной. Короче говоря, то, что мы видим, когда смотрим на Солнечную систему и в космос, представляет собой целое.

В своем исследовании Мадау рассмотрел, как зависящие от времени факторы сыграли жизненно важную роль в возникновении жизни в нашей Вселенной.

Это включает в себя историю звездообразования нашей галактики, обогащение межзвездной среды (МЗС) тяжелыми элементами (выкованными в недрах первой популяции звезд), формирование планет, а также распределение воды и органических молекул между планетами.

Как объяснил Мадау журналу Universe Today, центральная роль времени и возраста явно не подчеркивается в уравнении Дрейка:

«Уравнение Дрейка представляет собой полезное педагогическое обобщение факторов (вероятностей), которые могут повлиять на вероятность обнаружения жизненных миров – и, в конечном итоге, технологически развитых внеземных цивилизаций – вокруг нас. сегодня.

Но эта вероятность и эти факторы зависят, среди других величин, от истории звездообразования и химического обогащения местного галактического диска, а также от графика появления простых микробов и, в конечном итоге, сложных жизнь.»

Земля — относительный новичок в нашей галактике, она образовалась вместе с нашим Солнцем примерно 4,5 миллиарда лет назад (то есть ее возраст составляет менее 33 процентов от возраста Вселенной). Между тем жизни потребовалось около 500 миллионов лет, чтобы выйти из первобытных условий, существовавших на Земле ок. 4 миллиарда лет назад.

Примерно через 500 миллионов лет после этого фотосинтез возник в виде одноклеточных организмов, которые метаболизировали углекислый газ и производили газообразный кислород в качестве побочного продукта.

Это происходило постепенно. изменили химический состав нашей атмосферы, вызвав Великое событие окисления около 2,4 миллиарда лет назад и, в конечном итоге, появление сложных форм жизни.

За этим последовал долгий и сложный процесс химической и биологической эволюции, который в конечном итоге привел к возникновению условий подходит для сложной жизни и возникновения всех известных видов.

Учитывая важность этих зависящих от времени шагов, Мадау утверждает, что уравнение Дрейка — это только часть истории. Заглянув за рамки этого, он создал математическую основу для оценки когда «планеты земной группы умеренного пояса» (TTP) сформировались в наших уголках галактики и микробных жизнь могла бы возникнуть.

Эта система позволяет астрономам определить, какие потенциальные целевые звезды (на основе массы, возраста и металличности) могут быть оптимальными кандидатами для поиска атмосферных биосигнатур.

По словам Мадау, его подход заключается в рассмотрении местного населения долгоживущих звезд, экзопланет и ТТП как ряда математических уравнений, которые можно решить численно как функцию времени:

«Эти уравнения описывают изменение скорости звездных, металлических, гигантских и каменистых планет, а также формирование обитаемого мира на протяжении истории окрестностей Солнца, места, где проводятся более подробные расчеты. оправданы лавиной новых данных с космических и наземных объектов и целью звездных и планетарных исследований нынешнего и следующего поколения.

Уравнения носят статистический характер, т.е. они не описывают рождение и эволюция отдельных планетных систем, а скорее изменение (с течением времени) популяции (по количеству) ТТП в пределах 100 парсеков Солнца».

В конечном итоге анализ Мадау показал, что в пределах 100 парсеков Солнца, может существовать до 10 000 каменистых планет, вращающихся вокруг ГЦ своих звезд.

Он также обнаружил, что образование ТТП вблизи нашей Солнечной системы, вероятно, было эпизодическим, начиная со вспышки звездообразования. примерно 10–11 миллиардов лет назад, после чего последовало еще одно событие, достигшее своего пика около 5 миллиардов лет назад и создавшее Солнечную систему.

Еще один интересный вывод из математической модели Мадау показывает, что большинство ТТП в пределах 100 парсеков, вероятно, старше, чем Солнечную систему, подтверждая, что мы относительно опоздали на вечеринку!

Не менее интересны последствия, которые это исследование может иметь для поиска внеземной жизни.

Используя общепринятую временную шкалу возникновения жизни на Земле (абиогенеза) и применения консервативной оценки распространенности жизни на других планетах – f_l параметр уравнения Дрейка – система Мадау также указывала, насколько далеко может находиться ближайшая экзопланета, на которой может существовать жизнь:

«Итак, если микробная жизнь возникла, как только она произошло на Земле более чем в 1 проценте ТТП (и это большое «если»), тогда можно ожидать, что ближайшая, населенная Землей планета будет находиться на расстоянии менее 20 пк [65 световых лет]», — сказал он.

«Это может быть поводом для некоторого осторожного оптимизма в поисках маркеров обитаемости и биосигнатур с помощью следующего поколения крупных наземных установок и приборов. Излишне говорить, что биосигнатуры будет чрезвычайно сложно обнаружить. И также возможно, что жизнь может быть настолько редкой, что в пределах кпк или более не будет никаких биосигнатур, которые мы могли бы обнаружить.»

Конечно, нет никаких гарантий, что какие-либо ТТП вблизи нашей Солнечной системы могут поддерживать жизнь. Причины и общность абиогенеза — одно из наименее понимаемых научных направлений, главным образом из-за скудности данных.

Имея только один пример (Земля и наземные организмы), ученые не могут с уверенностью сказать, какая комбинация Условия необходимы для возникновения жизни. Мадау также подчеркивает, что (как и уравнение Дрейка) его подход носит статистический характер. Тем не менее, его работа может иметь значительные последствия для астробиологии в ближайшем будущем.

Используя нашу Солнечную систему в качестве ориентира, наряду со многими другими параметрами, по которым имеются объемы данных (например, звездообразование, масса, размер, металличность и количество близлежащих экзопланет, вращающихся в пределах ГЦ звезды), ученые смогут определять приоритетность звездных систем для исследования с помощью телескопов следующего поколения. Саид Мадау:

«Количество и характеристики планет земного типа станут основным научным показателем для будущих флагманских космических миссий. Приближаясь к возможности поиска обитаемой среды и жизни на экзопланетах, возникает реальная проблема разработки оптимальной стратегии наблюдений.

Детальные спектральные исследования атмосфер нескольких экзопланет должны сопровождаться популяционными исследованиями, призванными выявить тенденции. в свойствах планет и статистических исследованиях, которые позволят нам оценить вероятность обнаружения биосигнатур».

Дополнительная литература: arXiv

Эта статья была первоначально опубликована Вселенная сегодня. Прочтите оригинал статьи.