Внеземная жизнь может находиться в пределах 65 световых лет от Земли
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 числа возможных цивилизаций в нашей галактике, известное как уравнение Дрейка. Ключевым параметром в этом уравнении было количество планет в нашей галактике, пригодных для жизни.
Астрономы произвели различные оценки количества пригодных для жизни планет в нашей галактике — по одной из оценок, таких планет не менее 100 миллиардов. В недавнем исследовании, опубликованном на сервере препринтов arXiv, профессор Пьеро Мадау представил математическую основу для расчета количества пригодных для жизни планет в пределах 100 парсеков (326 световых лет) от нашего Солнца. Предполагая, что Земля и Солнечная система являются репрезентативными для нормы, Мадау подсчитал, что этот объем пространства может содержать до 11 000 скалистых экзопланет размером с Землю, которые вращаются в пределах обитаемых зон своих звезд.
Профессор Мадау — профессор астрономии и астрофизики в Калифорнийском университете в Санта-Крусе (UCSC). Центральное место в его исследовании занимает принцип Коперника, названный в честь знаменитого астронома Николая Коперника, изобретателя гелиоцентрической модели. Этот принцип гласит, что ни люди, ни Земля не находятся в привилегированном положении для наблюдения за Вселенной. Короче говоря, то, что мы видим, когда смотрим на Солнечную систему и в космос, является репрезентативным для целого.
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 тяжелыми элементами (образовавшимися в недрах первой популяции звезд), формирование планет и распределение воды и органических молекул между планетами. Как объяснил Мадау изданию 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 жизнеспособных миров — и, в конечном счете, технологически развитых внеземных цивилизаций — вокруг нас сегодня. Но эта вероятность и эти факторы зависят, помимо прочих величин, от истории звездообразования и химического обогащения местного галактического диска, а также от временной шкалы возникновения простой микробной и, в конечном счете, сложной жизни».
Земля является относительным новичком в нашей галактике. Она образовалась вместе с нашим Солнцем примерно 4,5 миллиарда лет назад (что составляет менее 33% возраста Вселенной). Между тем жизни потребовалось около 500 миллионов лет, чтобы возникнуть из первобытных условий, существовавших на Земле около 4 миллиардов лет назад. Примерно через 500 миллионов лет после этого фотосинтез возник в форме одноклеточных организмов, которые метаболизировали углекислый газ и производили газообразный кислород в качестве побочного продукта. Это постепенно изменило химический состав нашей атмосферы, спровоцировав Великое окисление около 2,4 миллиарда лет назад и, в конечном счете, возникновение сложных форм жизни.
Последовал длительный и сложный процесс химической и биологической эволюции, который в конечном итоге привел к созданию условий, пригодных для сложной жизни, и появлению всех известных видов. Учитывая важность этих зависящих от времени шагов, Мадау утверждает, что уравнение Дрейка — это только часть истории. Заглянув за его пределы, он создал математическую основу для оценки того, когда в нашем уголке галактики образовались «планеты земной группы с умеренным климатом» (TTP), и могла возникнуть микробная жизнь.
Эта структура позволяет астрономам определить, какие потенциальные звезды-мишени (на основе массы, возраста и металличности) могут быть оптимальными кандидатами для поиска биосигналов. Как описал Мадау, его подход состоит в рассмотрении локальной популяции долгоживущих звезд, экзопланет и TTP как серии математических уравнений.
В конечном счете, анализ Мадау показал, что в пределах 100 парсеков от Солнца может находиться до 10 000 скалистых планет, вращающихся вокруг своих звезд в обитаемой зоне. Он также обнаружил, что образование ТТР вблизи нашей Солнечной системы, вероятно, было эпизодическим, начавшись со всплеска звездообразования примерно 10-11 миллиардов лет назад, за которым последовало другое событие, достигшее своего пика около 5 миллиардов лет назад и породившее Солнечную систему. Другой интересный вывод из математической модели Мадау указывает на то, что большинство ТТР в пределах 100 парсеков, вероятно, старше Солнечной системы.
Не менее интересны последствия, которые это исследование может иметь для поиска внеземной жизни. Используя общепринятую временную шкалу возникновения жизни на Земле (абиогенез) и применяя консервативную оценку распространенности жизни на других планетах, структура Мадау также указала, как далеко может находиться ближайшая экзопланета, на которой может быть жизнь:
«Итак, если микробная жизнь возникла так же быстро, как и на Земле, более чем в 1% ТТР (и это большое «если»), то можно ожидать, что ближайшая планета, похожая на Землю, на которой есть жизнь, должна находиться менее чем в 20 парсеках от нас [65 световых лет]», — сказал он. — «Это может быть поводом для некоторого осторожного оптимизма в поиске маркеров обитаемости и биосигналов с помощью следующего поколения крупных наземных установок и приборов. Излишне говорить, что обнаружить биосигналы будет чрезвычайно сложно».
Конечно, нет никаких гарантий, что какие-либо ТТР вблизи нашей Солнечной системы могли бы поддерживать жизнь. Причины и общность абиогенеза — одно из наименее изученных научных направлений, главным образом из-за недостатка данных. Вооруженные только одним примером (Земля и наземные организмы), ученые не могут с уверенностью сказать, какое сочетание условий необходимо 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.