Nghịch lý Fermi sau một làn sóng khám phá ngoại hành tinh

Trong thiên hà RX J1131-1231, một nhóm các nhà vật lý thiên văn từ Đại học Oklahoma đã phát hiện ra nhóm hành tinh đầu tiên được biết đến bên ngoài Dải Ngân hà. Các vật thể được "theo dõi" bởi kỹ thuật vi hấp dẫn có khối lượng khác nhau - từ mặt trăng đến giống sao Mộc. Khám phá này có làm cho nghịch lý Fermi trở nên nghịch lý hơn không?

Có cùng số lượng ngôi sao trong thiên hà của chúng ta (100-400 tỷ), cũng bằng số lượng thiên hà trong vũ trụ nhìn thấy được - vì vậy có toàn bộ thiên hà cho mỗi ngôi sao trong Dải Ngân hà rộng lớn của chúng ta. Nhìn chung, trong 10 năm²² đến 10²⁴ các ngôi sao. Các nhà khoa học không nhất trí về việc có bao nhiêu ngôi sao tương tự như Mặt trời của chúng ta (tức là tương tự về kích thước, nhiệt độ, độ sáng) - ước tính nằm trong khoảng từ 5% đến 20%. Lấy giá trị đầu tiên và chọn số sao ít nhất (10²²), chúng ta nhận được 500 nghìn tỷ hoặc một tỷ tỷ ngôi sao giống như Mặt trời.

Theo các nghiên cứu và ước tính của PNAS (Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia), ít nhất 1% các ngôi sao trong vũ trụ xoay quanh một hành tinh có khả năng hỗ trợ sự sống - vì vậy chúng ta đang nói về con số 100 tỷ tỷ hành tinh có tính chất tương tự. đến Trái đất. Nếu chúng ta giả định rằng sau hàng tỷ năm tồn tại, chỉ 1% hành tinh trên Trái đất sẽ phát triển sự sống và 1% trong số chúng sẽ có sự sống tiến hóa ở dạng thông minh, điều này có nghĩa là có một hành tinh bi-a với các nền văn minh thông minh trong vũ trụ hữu hình.

Nếu chúng ta chỉ nói về thiên hà của chúng ta và lặp lại các phép tính, giả sử số lượng chính xác các ngôi sao trong Dải Ngân hà (100 tỷ), chúng ta kết luận rằng có thể có ít nhất một tỷ hành tinh giống trái đất trong thiên hà của chúng ta. và 100 XNUMX. các nền văn minh thông minh!

Một số nhà vật lý thiên văn đặt cơ hội loài người trở thành loài đầu tiên có công nghệ tiên tiến là 1/10.²²nghĩa là, nó vẫn không đáng kể. Mặt khác, vũ trụ đã tồn tại được khoảng 13,8 tỷ năm. Ngay cả khi các nền văn minh không xuất hiện trong vài tỷ năm đầu tiên, thì vẫn còn một thời gian dài trước khi chúng xuất hiện. Nhân tiện, nếu sau lần loại bỏ cuối cùng trong Dải Ngân hà, chỉ có “chỉ” một nghìn nền văn minh và chúng tồn tại cùng thời với chúng ta (cho đến nay là khoảng 10 XNUMX năm), thì rất có thể chúng đã biến mất, chết hoặc tập hợp những người khác không thể tiếp cận với sự phát triển cấp độ của chúng tôi, điều này sẽ được thảo luận sau.

Lưu ý rằng ngay cả các nền văn minh hiện tại “đồng thời” cũng giao tiếp với nhau một cách khó khăn. Nếu chỉ vì lý do nếu chỉ có 10 nghìn năm ánh sáng thì họ phải mất 20 nghìn năm ánh sáng để đặt một câu hỏi rồi mới trả lời được. nhiều năm. Nhìn vào lịch sử Trái đất, không thể loại trừ rằng trong một khoảng thời gian như vậy, một nền văn minh có thể xuất hiện và biến mất trên bề mặt ...

Phương trình chỉ từ ẩn số

Khi cố gắng đánh giá liệu một nền văn minh ngoài hành tinh có thể thực sự tồn tại hay không, Frank Drake vào những năm 60, ông đã đề xuất phương trình nổi tiếng - một công thức có nhiệm vụ xác định "về mặt ghi nhớ" sự tồn tại của các chủng tộc thông minh trong thiên hà của chúng ta. Ở đây chúng tôi sử dụng một thuật ngữ được đặt ra từ nhiều năm trước bởi Jan Tadeusz Stanisławski, một nhà văn châm biếm và là tác giả của các "bài giảng" trên đài phát thanh và truyền hình về "thuật toán ứng dụng", bởi vì từ đó có vẻ thích hợp cho những cân nhắc này.

Theo Phương trình Drake – N, số lượng các nền văn minh ngoài trái đất mà loài người có thể giao tiếp, là sản phẩm của:

R_* là tốc độ hình thành sao trong Thiên hà của chúng ta;

f_p là tỷ lệ sao có hành tinh;

n_e là số lượng hành tinh trung bình trong vùng có thể ở được của một ngôi sao, tức là những hành tinh mà sự sống có thể phát sinh trên đó;

f_l là tỷ lệ phần trăm các hành tinh trong vùng có thể ở được mà sự sống sẽ phát sinh;

f_i là tỷ lệ phần trăm các hành tinh có sự sống mà trên đó sự sống sẽ phát triển trí thông minh (tức là tạo ra một nền văn minh);

f_c - tỷ lệ các nền văn minh muốn giao tiếp với loài người;

L là tuổi thọ trung bình của những nền văn minh như vậy.

Như bạn có thể thấy, phương trình bao gồm hầu hết tất cả các ẩn số. Rốt cuộc, chúng ta không biết thời gian tồn tại trung bình của một nền văn minh, hoặc tỷ lệ phần trăm những người muốn liên hệ với chúng ta. Thay một số kết quả vào phương trình "nhiều hơn hoặc ít hơn", hóa ra có thể có hàng trăm, nếu không phải hàng nghìn, của các nền văn minh như vậy trong thiên hà của chúng ta.

Phương trình Drake và tác giả của nó

Đất hiếm và người ngoài hành tinh xấu xa

Ngay cả khi thay thế các giá trị bảo thủ cho các thành phần của phương trình Drake, chúng ta có thể nhận được hàng nghìn nền văn minh tương tự như chúng ta hoặc thông minh hơn. Nhưng nếu vậy, tại sao họ không liên hệ với chúng tôi? Cái gọi là Nghịch lý Fermi. Ông có nhiều “lời giải” và cách lý giải, nhưng với tình trạng công nghệ hiện nay - và thậm chí hơn nửa thế kỷ trước - tất cả chỉ như võ đoán, tung hỏa mù.

Ví dụ, nghịch lý này thường được giải thích giả thuyết đất hiếmrằng hành tinh của chúng ta là duy nhất về mọi mặt. Áp suất, nhiệt độ, khoảng cách từ Mặt trời, độ nghiêng trục, hoặc từ trường che chắn bức xạ được lựa chọn để sự sống có thể phát triển và tiến hóa càng lâu càng tốt.

Tất nhiên, chúng ta đang phát hiện ngày càng nhiều ngoại hành tinh trong sinh quyển có thể là ứng cử viên cho các hành tinh có thể sinh sống được. Gần đây hơn, chúng được tìm thấy gần ngôi sao gần chúng ta nhất - Proxima Centauri. Tuy nhiên, có thể, bất chấp những điểm tương đồng, "Trái đất thứ hai" được tìm thấy xung quanh mặt trời của người ngoài hành tinh không "giống hệt" với hành tinh của chúng ta, và chỉ trong sự thích nghi như vậy, một nền văn minh công nghệ đáng tự hào mới có thể hình thành? Có lẽ. Tuy nhiên, chúng ta biết, ngay cả khi nhìn vào Trái đất, sự sống vẫn phát triển trong những điều kiện rất "không thích hợp".

Tất nhiên, có sự khác biệt giữa quản lý và xây dựng Internet và đưa Tesla lên sao Hỏa. Vấn đề về tính độc nhất có thể được giải quyết nếu chúng ta có thể tìm thấy ở đâu đó trong không gian một hành tinh giống hệt Trái đất, nhưng không có nền văn minh công nghệ.

Khi giải thích nghịch lý Fermi, đôi khi người ta nói đến cái gọi là người ngoài hành tinh xấu. Điều này được hiểu theo nhiều cách khác nhau. Vì vậy, những người ngoài hành tinh giả định này có thể "tức giận" rằng ai đó muốn làm phiền họ, can thiệp và làm phiền - vì vậy họ tự cô lập mình, không đáp lại và không muốn dính dáng gì đến ai. Ngoài ra còn có những tưởng tượng về người ngoài hành tinh "tự nhiên xấu xa" phá hủy mọi nền văn minh mà họ gặp phải. Bản thân những người có công nghệ tiên tiến không muốn các nền văn minh khác vượt lên trước và trở thành mối đe dọa đối với họ.

Cũng cần nhớ rằng sự sống trong không gian phải chịu nhiều thảm họa khác nhau mà chúng ta biết từ lịch sử hành tinh của chúng ta. Chúng ta đang nói về sự băng hà, phản ứng dữ dội của ngôi sao, bị thiên thạch, tiểu hành tinh hoặc sao chổi bắn phá, va chạm với hành tinh khác hoặc thậm chí là bức xạ. Ngay cả khi những sự kiện như vậy không hủy diệt toàn bộ hành tinh, chúng có thể là dấu chấm hết cho nền văn minh.

Ngoài ra, một số không loại trừ rằng chúng ta là một trong những nền văn minh đầu tiên trong vũ trụ - nếu không muốn nói là đầu tiên - và chúng ta vẫn chưa tiến hóa đủ để có thể tiếp xúc với những nền văn minh kém tiên tiến hơn đã hình thành sau này. Nếu đúng như vậy, thì vấn đề tìm kiếm những sinh vật thông minh trong không gian ngoài Trái đất vẫn sẽ không thể giải quyết được. Hơn nữa, một nền văn minh “trẻ” giả định không thể trẻ hơn chúng ta chỉ vài thập kỷ để có thể liên lạc với nó từ xa.

Cửa sổ phía trước cũng không quá lớn. Công nghệ và kiến ​​thức của một nền văn minh hàng thiên niên kỷ có thể không thể hiểu được đối với chúng ta như ngày nay đối với một người đàn ông trong các cuộc Thập tự chinh. Các nền văn minh tiên tiến hơn nhiều sẽ giống như thế giới của chúng ta với những con kiến ​​từ một con kiến ​​bên đường.

Cái gọi là đầu cơ Thang đo Kardashevonhiệm vụ của họ là xác định mức độ văn minh giả định theo lượng năng lượng mà họ tiêu thụ. Theo cô ấy, chúng ta thậm chí còn chưa phải là một nền văn minh. loại I, nghĩa là, một hành tinh đã làm chủ được khả năng sử dụng các nguồn năng lượng của chính hành tinh của mình. Nền văn minh loại II có thể sử dụng tất cả năng lượng xung quanh ngôi sao, ví dụ, sử dụng cấu trúc được gọi là "quả cầu Dyson". Nền văn minh loại III Theo những giả thiết này, nó thu nhận tất cả năng lượng của thiên hà. Tuy nhiên, hãy nhớ rằng khái niệm này được tạo ra như một phần của nền văn minh Cấp I chưa hoàn thiện, cho đến gần đây được miêu tả khá sai lầm là nền văn minh Loại II đang tiến tới xây dựng một quả cầu Dyson xung quanh ngôi sao của nó (dị thường ánh sáng sao). KIK 8462852).

Nếu có một nền văn minh loại II, và thậm chí hơn thế nữa là III, chắc chắn chúng ta sẽ nhìn thấy nó và tiếp xúc với chúng ta - một số người trong chúng ta nghĩ như vậy, lập luận thêm rằng vì chúng ta không nhìn thấy hoặc không biết những người ngoài hành tinh tiên tiến như vậy, nên họ đơn giản là không tồn tại. . Tuy nhiên, một trường phái giải thích khác cho nghịch lý Fermi nói rằng các nền văn minh ở các cấp độ này là vô hình và không thể nhận ra đối với chúng ta - chưa kể đến việc họ, theo giả thuyết vườn thú không gian, không chú ý đến những sinh vật kém phát triển như vậy.

Sau khi thử nghiệm hay trước đó?

Ngoài lý luận về các nền văn minh phát triển cao, nghịch lý Fermi đôi khi còn được giải thích bằng các khái niệm bộ lọc tiến hóa trong sự phát triển của nền văn minh. Theo họ, có một giai đoạn trong quá trình tiến hóa dường như không thể hoặc rất khó xảy ra đối với sự sống. Nó được gọi là Bộ lọc tuyệt vời, đó là bước đột phá lớn nhất trong lịch sử sự sống trên hành tinh.

Theo như kinh nghiệm của con người chúng ta có liên quan, chúng ta không biết chính xác liệu chúng ta đang ở phía sau, phía trước hay ở giữa một quá trình lọc lớn. Nếu chúng tôi vượt qua được bộ lọc này, nó có thể là rào cản không thể vượt qua đối với hầu hết các dạng sống trong không gian đã biết và chúng tôi là duy nhất. Quá trình lọc có thể xảy ra ngay từ đầu, ví dụ, trong quá trình biến đổi tế bào nhân sơ thành tế bào nhân thực phức tạp. Nếu đúng như vậy, sự sống trong không gian thậm chí có thể khá bình thường, nhưng ở dạng tế bào không có nhân. Có lẽ chúng ta chỉ là những người đầu tiên đi qua Bộ lọc Tuyệt vời? Điều này đưa chúng ta trở lại vấn đề đã được đề cập, đó là khó khăn khi giao tiếp ở khoảng cách xa.

Ngoài ra còn có một lựa chọn mà một bước đột phá trong phát triển vẫn đang ở phía trước của chúng ta. Không có câu hỏi về bất kỳ thành công nào sau đó.

Đây đều là những cân nhắc mang tính đầu cơ cao. Một số nhà khoa học đưa ra những lời giải thích trần tục hơn cho việc thiếu tín hiệu của người ngoài hành tinh. Alan Stern, nhà khoa học trưởng tại New Horizons, nói rằng nghịch lý có thể được giải quyết một cách đơn giản. lớp vỏ băng dàybao quanh các đại dương trên các thiên thể khác. Nhà nghiên cứu đưa ra kết luận này dựa trên những khám phá gần đây trong hệ mặt trời: các đại dương nước lỏng nằm dưới lớp vỏ của nhiều mặt trăng. Trong một số trường hợp (Châu Âu, Enceladus), nước tiếp xúc với đất đá và hoạt động thủy nhiệt được ghi nhận ở đó. Điều này sẽ góp phần vào sự xuất hiện của sự sống.

Lớp vỏ băng dày có thể bảo vệ sự sống khỏi các hiện tượng thù địch ngoài không gian. Chúng ta đang nói ở đây, cùng với những thứ khác, với các tia sáng sao mạnh, tác động của tiểu hành tinh hoặc bức xạ gần một khối khí khổng lồ. Mặt khác, nó có thể đại diện cho một rào cản đối với sự phát triển khó vượt qua ngay cả đối với cuộc sống thông minh giả định. Những nền văn minh dưới nước như vậy có thể không biết bất kỳ khoảng không gian nào bên ngoài lớp vỏ băng dày. Thậm chí, thật khó để mơ ước vượt qua giới hạn của nó và môi trường nước - điều đó sẽ khó hơn nhiều so với chúng ta, những người mà không gian bên ngoài, ngoại trừ bầu khí quyển của trái đất, cũng không phải là một nơi thân thiện cho lắm.

Chúng ta đang tìm kiếm một cuộc sống hay một nơi ở thích hợp?

Dù thế nào đi nữa, chúng ta cũng phải nghĩ đến những gì chúng ta đang thực sự tìm kiếm: chính sự sống hoặc một nơi thích hợp cho cuộc sống như của chúng ta. Giả sử chúng ta không muốn chiến đấu không gian với bất kỳ ai, đó là hai việc khác nhau. Những hành tinh có thể tồn tại nhưng không có nền văn minh tiên tiến có thể trở thành những khu vực tiềm năng thuộc địa. Và chúng tôi ngày càng tìm thấy nhiều nơi hứa hẹn như vậy. Chúng ta đã có thể sử dụng các công cụ quan sát để xác định xem một hành tinh có nằm trong quỹ đạo hay không. khu vực cuộc sống xung quanh một ngôi saocó đá hay không và ở nhiệt độ thích hợp với nước lỏng. Chẳng bao lâu nữa chúng ta sẽ có thể phát hiện ra liệu có thực sự có nước ở đó hay không, và xác định thành phần của khí quyển.

Vùng sự sống xung quanh các ngôi sao tùy thuộc vào kích thước của chúng và ví dụ về các ngoại hành tinh giống Trái đất (tọa độ ngang - khoảng cách từ ngôi sao (JA); tọa độ dọc - khối lượng sao (so với mặt trời)).

Năm ngoái, bằng cách sử dụng thiết bị ESO HARPS và một số kính viễn vọng trên khắp thế giới, các nhà khoa học đã phát hiện ra ngoại hành tinh LHS 1140b là ứng cử viên nổi tiếng nhất cho sự sống. Nó quay quanh sao lùn đỏ LHS 1140, cách Trái đất 18 năm ánh sáng. Các nhà thiên văn học ước tính rằng hành tinh này có ít nhất năm tỷ năm tuổi. Họ kết luận rằng nó có đường kính gần bằng 1,4 1140. km - có kích thước gấp XNUMX lần Trái đất. Các nghiên cứu về khối lượng và mật độ của LHS XNUMXb đã kết luận rằng nó có khả năng là một loại đá có lõi sắt dày đặc. Âm thanh quen thuộc?

Trước đó một chút, một hệ thống gồm bảy hành tinh giống Trái đất xung quanh một ngôi sao đã trở nên nổi tiếng. TRAPPIST-1. Chúng được dán nhãn từ "b" đến "h" theo thứ tự khoảng cách từ ngôi sao chủ. Các phân tích được thực hiện bởi các nhà khoa học và được công bố trên tạp chí Nature Astronomy số tháng XNUMX cho thấy rằng do nhiệt độ bề mặt vừa phải, nhiệt độ thủy triều vừa phải và thông lượng bức xạ đủ thấp để không dẫn đến hiệu ứng nhà kính, nên các hành tinh có thể ở được là " ” đối tượng và “e”. Có thể là cái đầu tiên bao phủ toàn bộ đại dương nước.

Các hành tinh của hệ thống TRAPPIST-1

Vì vậy, việc khám phá những điều kiện có lợi cho cuộc sống dường như đã nằm trong tầm tay của chúng ta. Bản thân việc phát hiện sự sống từ xa, vốn vẫn còn tương đối đơn giản và không phát ra sóng điện từ, lại là một câu chuyện hoàn toàn khác. Tuy nhiên, các nhà khoa học tại Đại học Washington đã đề xuất một phương pháp mới bổ sung cho việc tìm kiếm số lượng lớn được đề xuất từ ​​lâu. oxy trong bầu khí quyển của hành tinh. Điều tốt đẹp về ý tưởng ôxy là khó có thể tạo ra một lượng lớn ôxy nếu không có sự sống, nhưng không biết liệu tất cả sự sống có tạo ra ôxy hay không.

Joshua Crissansen-Totton thuộc Đại học Washington giải thích trên tạp chí Science Advances: “Quá trình sinh hóa của quá trình sản xuất oxy rất phức tạp và có thể hiếm gặp. Phân tích lịch sử sự sống trên Trái đất, người ta có thể xác định được một hỗn hợp các chất khí, sự hiện diện của chúng cho thấy sự tồn tại của sự sống theo cách tương tự như ôxy. Nói về hỗn hợp mêtan và carbon dioxide, không có carbon monoxide. Tại sao không có cái cuối cùng? Thực tế là các nguyên tử cacbon trong cả hai phân tử đại diện cho các mức độ oxy hóa khác nhau. Rất khó để có được mức độ oxy hóa thích hợp bằng các quá trình phi sinh học mà không có sự hình thành đồng thời của carbon monoxide qua trung gian phản ứng. Ví dụ, nếu một nguồn mêtan và CO₂ có núi lửa trong khí quyển, chúng chắc chắn sẽ kèm theo carbon monoxide. Hơn nữa, khí này được vi sinh vật hấp thụ nhanh chóng và dễ dàng. Vì nó hiện diện trong bầu khí quyển, nên loại trừ sự tồn tại của sự sống.

Vào năm 2019, NASA có kế hoạch khởi động Kính viễn vọng không gian James Webbsẽ có thể nghiên cứu chính xác hơn bầu khí quyển của các hành tinh này về sự hiện diện của các khí nặng hơn như carbon dioxide, methane, nước và oxy.

Hành tinh ngoài hành tinh đầu tiên được phát hiện vào những năm 90. Kể từ đó, chúng tôi đã xác nhận được gần 4 hành tinh ngoài hành tinh trong khoảng 2800 hệ thống, trong đó có khoảng XNUMX hành tinh dường như có thể sinh sống được. Bằng cách phát triển các công cụ tốt hơn để quan sát những thế giới này, chúng tôi sẽ có thể đưa ra những phỏng đoán sáng suốt hơn về các điều kiện ở đó. Và điều gì sẽ đến của nó vẫn còn phải xem.