Рассчитайте число инопланетных цивилизаций в Млечном Пути самостоятельно

В последние годы взрывной рост числа открытых экзопланет (более 4164 подтверждённых) возродил интерес к вечному вопросу: «Одни ли мы во Вселенной?» Или, как выразился знаменитый физик Энрико Ферми: «Где же все?» Поиск жизни за пределами Земли набирает обороты.

Эти открытия также вдохновили новые исследования в области поиска внеземного разума (SETI), включая Alien Civilization Calculator — детище физиков Стивена Вудинга и Доминика Черниа. Этот математический инструмент позволяет самостоятельно оценить статистическую вероятность существования развитых цивилизаций в нашей галактике.

Уравнение Дрейка

Первым «калькулятором» для определения числа внеземных цивилизаций (ETIs) стало уравнение Дрейка, созданное в 1961 году:

N = R* × f_p × n_e × f_l × f_i × f_c × L

Где:

• N — число цивилизаций, с которыми возможен контакт
• R* — скорость звёздообразования в галактике
• f_p — доля звёзд с планетами
• n_e — число потенциально обитаемых планет у такой звезды
• f_l — вероятность возникновения жизни на такой планете
• f_i — вероятность развития разумной жизни
• f_c — вероятность развития технологий для передачи сигналов
• L — время жизни такой технологической цивилизации

Даже при консервативных оценках переменных результат N составляет десятки или сотни цивилизаций.

Астробиологический принцип Коперника

В недавней работе в Astrophysical Journal астрофизики Том Уэстби и Кристофер Дж. Конселис создали современную версию уравнения, основанную на Астробиологическом принципе Коперника. Он гласит, что при отсутствии иных данных человечество не следует считать уникальным.

Их уравнение выглядит так:

N = N_* × F_L × F_HZ × F_M × (L / t')

Где:

• N* — общее число звёзд в галактике
• F_L — доля звёзд старше 5 миллиардов лет
• F_HZ — доля звёзд с планетой в обитаемой зоне
• F_M — доля звёзд с достаточной металличностью для сложной жизни
• L — среднее время жизни развитой цивилизации
• t' — среднее время, доступное для развития жизни

На основе последних астрофизических данных они получили среднюю оценку в 36 цивилизаций.

Alien Civilizations Calculator (ACC)

Именно эта работа вдохновила Вудинга и Черниа на создание ACC. Этот интерактивный инструмент позволяет:

1. Выбрать модель (Дрейка или принцип Коперника).
2. Заполнить поля в разделе «model assumptions» (предоставлены значения по умолчанию, но можно вводить любые).
3. Увидеть, сколько разумных цивилизаций предсказывает модель с заданными параметрами.

Модель принципа Коперника более современна и позволяет выбрать сценарий: слабый, умеренный или строгий (разная строгость условий для возникновения жизни).

Калькулятор космических путешествий

Дополнительный инструмент — Space Travel Calculator — показывает, сколько времени займёт путешествие к ближайшей цивилизации. Он учитывает переменные пользователя: массу корабля, ускорение и физическую модель (Эйнштейна или Ньютона).

Пример расчёта:

• Ближайшая цивилизация в 159 световых годах.
• Корабль массой как МКС (420 метрических тонн).
• Ускорение 1 g (9.8 м/с²) до 99% скорости света.

Результат: Путешествие займёт 161.4 года по земным часам, но для экипажа пройдёт всего 10 лет (релятивистский эффект). Потребуется около 11.66 млн тонн топлива.

Ограничения и будущее

Обе модели имеют ограничения:

• Уравнение Дрейка: Мы многое узнали о первых четырёх переменных благодаря открытию экзопланет.
• Принцип Коперника: Содержит много неопределённостей (например, предположение, что на землеподобной планете жизнь возникнет обязательно).

Как отмечает Вудинг, для уверенных ответов нужны новые открытия:

«Возможно, в будущем, по мере новых открытий о звёздах и планетах Млечного Пути, вы сможете вернуться к калькулятору и увидеть, как они влияют на число возможных цивилизаций».

Улучшение обнаружения землеподобных планет и анализа их атмосфер, а также новые инструменты (как космический телескоп Джеймс Уэбб) сузят параметры поиска. Парадокс Ферми нужно разрешить всего один раз. Пока же поиск продолжается.