Drakeova jednačina

Drakeova jednačina daje procjenu broja civilizacija u našoj galaksiji koje su sposobne i voljne komunicirati sa stanovnicima Zemlje.Physics Today 14 (4), 40–46 (1961).  Osmislio ju je američki astronom Frank Drake.

 Začetak ideje 
U septembru 1959. godine, fizičari Giuseppe Cocconi i Philip Morrison izdali su u britanskom časopisu "Nature" članak pod imenom "Traganje za međuzvjezdanim komunikacijama". Autori su iznijeli mišljenje da su radio teleskopi već postali dovoljno jaki za primanje emisija koje bi druge civilizacije mogle emitovati. Smatrali su da bi najlogičnija talasna dužina za to bila ona od 21 cm (frekvencija od 1.420,4 MHz) na kojoj zračenje emituje neutralni vodik, najčešći element u svemiru.

Sedam mjeseci kasnije, radio astronom Frank Drake prvi je u historiji započeo sistematsku potragu za signalima inteligentnih bića iz svemira. Drake je pomoću 25-metarskog radio teleskopa 6 sati dnevno na frekvenciji neutralnog vodika "osluškivao" dvije obližnje zvijezde slične Suncu: Epsilon Eridana i Tau Kita. Projekt je nazvan OZMA, a trajao je od aprila do jula 1960. godine.

U novembru 1961. godine, Frake Drake saziva konferenciju odabrane grupe od 10 naučnika na temu potrage za vanzemaljskim civilizacijama. Među njima su bili i Carl Sagan te nobelovac (hemija, 1961. godine) Melvin Calvin. U pripremama za ovu konferenciju, Drake je sročio svoju poznatu formulu koja nam govori koliko je civilizacija u našoj galaksiji voljno i sposobno komunicirati sa nama putem radio-talasa:

gdje je:

N - broj civilizacija u našoj galaksiji koje su sposobne za komunikaciju

i

R* - broj zvijezda koje nastanu u jednoj godini u našoj galaksiji
fp - udio zvijezda koje imaju planete
ne - omjer planeta pogodnih za razvoj života i zvijezda koje imaju planete
fl - vjerovatnoća da će se život pojaviti ako za to postoje uslovi
fi - vjerovatnoća da će se iz života razviti inteligencija
fc - vjerovatnoća da će inteligentni život biti voljan i sposoban komunicirati s ostatkom galaksije
L  - prosječan životni vijek tehnološke civilizacije,
Drake-ova jednačina nam govori da zavisi o:

S obzirom na to da nauka ni danas nije u stanju tačno definisati pojam života, prvenstveno zbog premalog uzorka (Zemlja je jedina planeta na kojemu zasigurno postoji život), Drake se u svojoj jednačini ograničio na bića čija se biologija zasniva na ugljiku, koji žive na planeti sa obiljem vode (koja je nužna za ugljikovu hemiju), te zahtijevamo milijarde godina za razvoj inteligencije. Drugim riječima, bića vrlo slična nama.

 Analiza faktora jednačine 

 R* 
R* je broj zvijezda koje nastanu u jednoj godini u galaksiji.

U Mliječnom putu nastane prosječno jedna zvijezda svake godine. Dakle, R = 1.

 fp 
fp je udio zvijezda s planetnim sistemima

Ovo je bilo potpuno nepoznato do 1995. godine, kada su dva švicarska naučnika, Michel Mayor i Didier Queloz, slučajno otkrili prvi pravi sistem planeta izvan Sunčevog sistema. Do marta 2006. godine je otkriveno preko 170 vansolarnih planeta, uglavnom od strane tima koji predvode Geoff Marcy (u SAD-u) and Paul Butler (u Australiji). Marcy i Butler traže planete tražeći kolebanje zvijezde uslijed gravitacionog uticaja planeta. Tehnika koju koriste Marcy i Butler je prikladna za traženje samo najmasivnijih planeta, tako da su do sada otkrivene samo jovijanske planete (gasoviti divovi).

Međutim, vjeruje se, na osnovu teoretskih modela, da bi većina ovih planetarnih sistema mogli imati i manje planete poput naše Zemlje. U tu svrhu NASA planira iza 2015. godine poslati u svemir specijalni teleskop za traženja zemljolikih vansolarnih planeta nazvan TPF (Terestrial Planet Finder). Veliki dio istraživanja na ovom području proveden je pomoću HST-a (Hubble Space Teleskop). HST je otkrio na desetke protoplanetnih diskova - ranih stadija razvoja planetnih sistema. Cilj većeg dijela istraživanja HST-a je Orionova maglica, područje udaljeno oko 1000 svjetlosnih godina, u kojoj se stvaraju nove zvijezde. Dio istraživanja obavljen je i u submilimetarskom dijelu spektra elektromagnetnog zračenja, pa je tako otkriven i disk prašine oko zvijezde Epsilon Eridani, jednog od ciljeva projekta OZMA. Česta je pojava da su unutrašnja područja diska očišćena od prašine, što ukazuje na postojanje planeta.

Prema dosadašnjim istraživanjima, čini se da oko 10% posmatranih zvijezda ima planetne sisteme. Dakle, fp=0.1.

 ne 
ne je udio planeta koji su pogodni za razvoj života

Pretpostavljajući da je oblik života donekle sličan našem, procjenjuje se kakav se tip planeta traži. Faktor n. e. ovisi o tri faktora:

1. Vrijeme potrebno za evoluciju:
 Ako je životu na Zemlji trebalo oko 4 milijarde godina da evoluira do današnjeg oblika, tada bi zvijezda morala potrajati barem toliko. To isključuje planete oko vrlo velikih, vrućih, svijetlih zvijezda (tipa O i B) koje vrlo kratko žive prije nego što eksplodiraju.

2. Hemija:
 Planeta mora imati hemijske spojeve potrebne za život. Danas je poznato da su spojevi koje imamo na Zemlji uobičajeni širom galaksije, te bi vjerovatno bili prisutni i na bilo kojoj planeti slične temperature.

3. Tekuća voda:
 Pod pretpostavkom da živo biće treba tekuću vodu, tada planeta ne bi smjela biti ni preblizu zvijezdi (kao Merkur i Venera gdje bi voda isparila, ili predaleko (kao Mars ili Jupiter) gdje bi se voda zaledila. Za svaku zvijezdu je moguće izračunati položaj "naseljive zone" koja daja uslove za tekuću vodu. Iz ovoga možemo procijeniti udio planeta koje postoje unutar naseljive zone.

Uzimajući ova tri faktora u obzir, uobičajena je procjena: ne = 0.1

 fl 
fl je vjerovatnoća da će se život pojaviti ako postoje svi preduslovi za to

Argumenti pesimista su sljedeći: Zna se da se svi sastavni dijelovi živih bića, kao npr. amino-kiseline, lako sintetiziraju geološkim procesima, te su prisutni čak i u svemiru, međutim put od sastavnih dijelova do prve RNK molekule je neistraženo pitanje. Pesimisti vjeruju da je stvaranje života vrlo rijedak događaj, te da je fl vrlo blizu nuli. No, znamo da se život dogodio bar jednom (na Zemlji) pa možemo smatrati da fl sigurno nije manji od oko 1 (broj zvijezda u Mliječnom putu je 1).

Argumenti optimista su sljedeći: Zna se da je život na Zemlji započeo prije oko 3.8 milijarde godina, skoro odmah nakon prestanka bombardovanja planetezimalima, čim se Zemlja ohladila dovoljno da bi nastali hemijski spojevi potrebni za život. Optimisti vjeruju da se život pod pravim uslovima pojavljuje vrlo brzo. Dodatni argument koji se od prve diskusije na ovu temu pojavio na strani optimista je otkriće molekula koje čine osnovu života (složeni ugljikohidrati, amino kiseline ...) posvuda u svemiru - u meteoritima, kometama, međuzvjezdanom gasu i prašini. Činjenica da mi ne razumijemo kako se stvaraju RNK molekule iz jednostavnih amino kiselina odražava ljudsko neznanje, a ne zahtjevnost procesa! Dakle, optimisti vjeruju da je fl vrlo blizu jedinici.

Ukratko, znamo samo da je fl negdje između 1 i 1.

 fi 
fi je udio vrsta koji razviju inteligenciju

Optimistički pogled:
Na Zemlji, prije oko 100 000 godina, dvije su inteligentne vrste odvojeno evoluirale od svojih majmunolikih predaka. Prvi, homo sapiens neanderthalensis ("Neandertalac") sa razvio u Evropi, dok se drugi, homo sapiens sapiens (mi) razvio na Bliskom Istoku. Obje su vrste dugo preživjele dok se homo sapiens sapiens nije prije 35 000 godina preselio sa Bliskog Istoka u Evropu i (najvjerovatnije) istrijebio Neandertalce. Dakle, na Zemlji su dvije (ili više, ako se računaju i neke životinje, kao npr. delfini) posebne vrste koje su razvile inteligenciju. Ovo pokazuje da se inteligencija razvija brzo i prirodno, dakle, svaki će oblik života s vremenom razviti inteligenciju, pa je: fi = 1.

Pesimistički pogled:
Priča o Neardeltalcima još nije dovoljno čvrsta i pitanje je koliko su oni uopšte bili nezavisni. U svakom slučaju, oba vuku porijeklo od istog sisavca, te se ne mogu smatrati potpuno nezavisnima. U biti, mi smo sigurni samo u to da je na Zemlji vrlo malo vrsta razvilo inteligenciju! Dakle, inteligencija je vrlo rijetka, te njena pojava vjerovatno zahtijeva neki posebni događaj u evoluciji. Od miliona vrsta na Zemlji, samo se kod jedne jasno razvila inteligencija, prema tome je fi = 1.

 fc 
fc je vjerovatnoća da će inteligentni život odlučiti komunicirati s ostatkom galaksije

Pod "komunikativnošću" se misli na sposobnost izgradnje opreme za slanje signala do drugih svjetova. Ljudi su došli do ovog stepena razvoja prije nekih 70 godina, kada je radio komunikacija prvi put postala dovoljno jaka da napusti našu planetu i postane dostupna mogućim vanzemaljskim civilizacijama sa osjetljivim prijemnicima.

Uobičajena je mišljenje da se eventualne druge civilizacije razvijaju slično našoj, sa naučnicima čija je radoznalost vodila prema otkrivanju tajni svemira i razvoju tehnologije, iako ova pretpostavka može biti i pogrešna.

Druge civilizacije mogu nikad ne razviti tehnologiju, ili razviti alternativne tehnologije (nama još uvijek nepoznate) i nikad ne razviti komunikaciju radio-talasima. Ovo je faktor o kojem najmanje znamo. Imamo samo podatke o jednoj (našoj) civilizaciji za koju znamo da ima volje i sposobnosti za komunikaciju s drugim civilizacijama. Sve što znamo je da je fc između 0 i 1. Dakle: 0 < fc < 1.

 L 
L je prosječni životni vijek tehnološke civilizacije

Koji događaji mogu uništiti našu civilizaciju? Globalni nuklearni rat, uništenje atmosfere, udar asteroida u Zemlju, novi neizlječivi virus, eksplozija obližnje supernove, bliski gamma bljesak itd.

Prije nekoliko godina (juli 1994.) smo imali priliku podsjetiti se na ulogu Jupitera u čuvanju unutrašnjih planeta od čestih udara meteorita (pad komete Shoemaker-Levy 9 na Jupiter). Procjenjuje se da bi udari meteorita u Zemlju bili 1000 puta češći bez Jupitera, a katastrofični udari (kao onaj koji je prije 65 miliona godina presudio dinosaurima) bi se događali svakih 100 000 godina.

I Mjesec pozitivno utiče na stabilnost Zemlje. Naime, bez Mjeseca, pomaci rotacione ose (koja dovodi do drastičnih klimatskih promjena) bili bi mnogo češći.

Katastrofe manjeg intenziteta ne moraju nužno biti nepovoljni faktor za nastanak inteligencije, jer tada prirodna selekcija dolazi do izražaja. Nakon svakog perioda masovnog izumiranja na Zemlji su se pojavljivale nove vrste, čak i više njih nego ih je bilo prije katastrofe. Serija ledenih doba, koja su ledila i okeane na ekvatoru, u razdoblju od prije 760 do prije 550 miliona godina potakla je takozvanu "prekambrijsku eksploziju" - pojavu mnogo novih vrsta na Zemlji. Međutim, jako velika katastrofa mogla bi nepovratno uništiti život na planeti.

Mi smo posljednjih 70 godina u stanju komunicirati sa susjednim zvijezdama, što znači da će komunikacijska era naše civilizacije trajati između 70 i 5.2 milijardi godina! Dakle, 70 < L < 5.2

 Rezultat jednačine 

Množeći sve ove brojeve, za optimistični i pesimistični scenario, dobijamo različite procjene broja civilizacija u galaksiji:

Prema pesimistima, mi smo sami u galaksiji. Prema optimistima, N = 5, tj. oko 1 od 2000 zvijezda ima komunikativnu civilizaciju, što znači da možemo očekivati komšije na oko 100 svjetlosnih godina. Koristeći dosad stečeno znanje, nemoguće je procijeniti je li ispravan odgovor optimistički, pesimistički ili nešto između. Za eksperimentalnu provjeru se brine spojekt SETI, no za sada bez uspjeha u pronalaženju susjednih civilizacija.

 Također pogledajte 
 Astrobiologija

 Reference 

 Dodatna literatura 




 Vanjski linkovi 
 Interactive Drake Equation Calculator
 Frank Drake's 2010 article on "The Origin of the Drake Equation"
 "Only a matter of time, says Frank Drake", "Pitanja i odgovori s Frankom Drakeom u februaru 2010.

 Macromedia Flash page allowing the user to modify Drake's values from PBS's Nova
 "The Drake Equation", Astronomy Cast episode #23; includes full transcript
 Animated simulation of the Drake equation. ()
 "The Alien Equation", BBC Radio program Discovery (22. 9. 2010)
 "Reflections on the Equation" (PDF), by Frank Drake, 2013.

Kategorija:Astrobiologija
Kategorija:Astronomske kontroverze
*
Kategorija:Eponimne fizičke jednačine
Kategorija:Fermijev paradoks
Kategorija:Međuzvjezdane poruke
Kategorija:Potraga za vanzemaljskom inteligencijom