In den letzten Jahren hat die Brisanz der Entdeckung von Exoplaneten ( über 4.164 bestätigt bisher!) hat zu einem erneuten Interesse an der zeitlosen Frage geführt: „Sind wir allein im Universum?“ Oder, wie der berühmte italienische Physiker Enrico Fermi es ausdrückte: „ Wo sind alle ?' Mit so vielen Planeten zur Auswahl und der Geschwindigkeit, mit der sich unsere Instrumente und Methoden verbessern, läuft die Suche nach Leben außerhalb der Erde wirklich auf Hochtouren.
Gleichzeitig haben diese Entdeckungen eine Vielzahl neuer Studien zur laufenden Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) inspiriert. Dazu gehört die Alien-Zivilisations-Rechner , das von den Physikern Steven Woodling und Dominick Czernia entwickelt wurde. Inspiriert von den jüngsten Versuchen, die statistische Wahrscheinlichkeit fortgeschrittenen Lebens in unserer Galaxie zu untersuchen, bieten sie ein mathematisches Werkzeug, das die Zahlen für Sie berechnen kann!
Aber zunächst scheint eine kurze Auffrischung angebracht. Der erste „Rechner“ zur Bestimmung der Anzahl von Extraterrestrial Intelligences (ETIs) in unserer Galaxie zu einem bestimmten Zeitpunkt wurde vom amerikanischen Physiker und SETI-Forscher Dr. Frank Drake entwickelt. Bei einem Treffen im Green Bank Observatorium 1961 stellte Drake eine Gleichung auf, die die Wahrscheinlichkeiten des Auffindens von ETIs in unserer Galaxie zusammenfasst.
Fortan bekannt als die Drake-Gleichung , wird dieses probabilistische Argument mathematisch ausgedrückt als:
N = R*x fPx neinUndx fdasx fichx fCx L
- nist die Anzahl der Zivilisationen, mit denen wir kommunizieren könnten;
- R*ist die durchschnittliche Sternentstehungsrate in unserer Galaxie;
- FPist der Anteil der Sterne, die Planeten haben;
- nUnd ist die Anzahl der Planeten, die Leben unterstützen können;
- Fdasist die Anzahl der Planeten, die Leben entwickeln werden;
- Fich ist die Anzahl der Planeten, die intelligentes Leben entwickeln werden;
- fcist die Zahl der Zivilisationen, die Übertragungstechnologien entwickeln würden;
- DASist die Zeitdauer, die diese Zivilisationen haben müssten, um ihre Signale in den Weltraum zu übertragen.
Diese Gleichung sollte zwar eine Debatte über die Wahrscheinlichkeit von ETIs anregen, war aber auch aufgrund ihrer grundlegenden Implikationen von Bedeutung. Selbst wenn man alle Variablen konservativ behandelt, erhalten sie immer noch einnergeben Dutzende oder Hunderte. Grundsätzlich sollte es, auch wenn Leben in unserer Galaxie sehr selten ist, zumindest ein paar Zivilisationen geben, mit denen wir Kontakt aufnehmen könnten.
Im Laufe der Jahre hat die Drake-Gleichung einiges an Kritik erfahren und es wurden viele Versuche unternommen, sie zu verfeinern. Zum Beispiel in einem kürzlich erschienenen Papier, das inDas Astrophysikalische Journal, haben die Astrophysiker Tom Westby und Christopher J. Conselice von der University of Nottingham ein eigenes probabilistisches Argument auf der Grundlage der Astrobiologisches kopernikanisches Prinzip .
Das Radioteleskop Parkes, eines der Teleskope von Breakthrough Listen. Bildnachweis: CSIRO
Einfach ausgedrückt besagt dieses Prinzip (wenn es auf die Existenz von Leben in unserem Universum angewendet wird), dass man anstelle anderer Beweise niemals annehmen sollte, dass die Menschheit etwas Besonderes oder Einzigartiges ist. Auf die Frage angewandt, ob die Menschheit allein im Universum ist oder nicht, konnten Wetsby und Conselice eine moderne Version der Drake-Gleichung aufstellen. Mathematisch lässt es sich wie folgt ausdrücken:
N = N** FDAS* FHZ* Fm* (L/t’)
- nist die Anzahl der Zivilisationen, mit denen wir kommunizieren können;
- n*ist die Gesamtzahl der Sterne innerhalb der Galaxie;
- FDASist der Prozentsatz der Sterne, die mindestens 5 Milliarden Jahre alt sind;
- FHZist der Prozentsatz der Sterne, die einen geeigneten Planeten beherbergen, um Leben zu unterstützen;
- Fmist der Prozentsatz dieser Sterne mit ausreichender Metallizität, die eine fortgeschrittene Biologie und eine fortgeschrittene Zivilisation ermöglichen;
- DASist die durchschnittliche Lebensdauer einer fortgeschrittenen Zivilisation;
- T'ist die durchschnittliche Zeit, die dem Leben zur Verfügung steht.
In Kombination mit den neuesten astrophysikalischen Daten zu diesen Werten ergaben sie eine durchschnittliche Schätzung von 36 Zivilisationen ! Dieses Forschungspapier inspirierte Wooding und Czernia, ihren Alien Civilizations Calculator (ACC) zu entwickeln, ein Werkzeug, das es Menschen ermöglichen würde, ihre Berechnungen entweder mit der Drake-Gleichung oder dem Astrobiologischen Kopernikanischen Prinzip, jedoch auf interaktive Weise, durchzuführen.
Gemeinsam begannen die beiden mit der Arbeit an einem Werkzeug, das die gleichen Funktionen wie die Drake-Gleichung und das Astrobiologische Kopernikan-Prinzip erfüllen konnte, jedoch auf interaktive Weise. Neben der Mitgliedschaft im Institut für Physik (IOP) in Großbritannien leistet Wooding regelmäßig Beiträge zum Omni Calculator Project – einer kleinen Gemeinschaft von Fachleuten, die Wissenschaft zugänglich machen wollen.
Eine neue Studie hat das Fermi-Paradox neu interpretiert – außerirdische Zivilisationen sind für uns nicht sichtbar, weil sie schlafen. Bildnachweis und Copyright: Kevin M. Gill
Hier lernte er Czernia kennen, eine junge Molekularphysikerin, die derzeit ihre Doktorarbeit mit dem Institut für Kernphysik in Polen. Wie Wooding Universe Today per E-Mail erklärte:
„Als interaktive und unterhaltsame Möglichkeit, die Öffentlichkeit in die Wissenschaft dieser grundlegenden Frage einzubeziehen: ‚Sind wir allein im Universum?‘. Der Rechner ermöglicht es den Benutzern, leicht zu sehen, welche Eingaben in ein solches Modell eingehen und wie sich die Änderung der Werte auf das Ergebnis auswirkt – interaktiver als das Lesen einer wissenschaftlichen Arbeit, die die überwiegende Mehrheit nicht tun wird.“
Wer das ACC nutzen möchte, muss zunächst das gewünschte Modell auswählen und dann alle Felder im ausfüllenModellannahmenSektion. Es werden einige Standardwerte bereitgestellt, die darauf basieren, was Wissenschaftler statistisch für am wahrscheinlichsten halten, aber es steht den Benutzern frei, beliebige Werte einzugeben. Daraus werden sie sehen, wie viele intelligente Zivilisationen ihr Modell und ihre Werte vorhersagen.
Das Astrobiologische Kopernikan-Prinzip wird empfohlen, da es das aktuellere (und daher aktuellere) Modell ist und angepasst werden kann, um ein schwaches, mittleres oder starkes Szenario zu ermöglichen. Mit anderen Worten, Benutzer können einstellen, wie streng die Bedingungen für die Entstehung außerirdischen Lebens sind. Benutzern wird jedoch empfohlen, sowohl diese als auch die Drake-Gleichung zu verwenden, um zu sehen, wie sie sich auf ihre Ergebnisse auswirkt.
Die Drake-Gleichung und das Astrobiologische Kopernikan-Prinzip versuchen beide, die brennende Frage „Sind wir allein?“ anzugehen. Bildnachweis: NASA
Ein weiterer Vorteil des Modells des kopernikanischen Prinzips besteht darin, dass Benutzer sehen können, wie lange es dauern würde, den nächsten außerirdischen Nachbarn zu erreichen. Wie Wooding empfiehlt:
„[Benutzer] sollten damit beginnen, die drei Modellierungsszenarien zu untersuchen und zu sehen, wie sich die Eingaben und Ergebnisse ändern. Das starke Szenario ist sehr restriktiv und folgt genau der Entwicklung des Lebens auf der Erde. Das schwache Szenario hat lockerere Annahmen und führt zu einer größeren Anzahl außerirdischer Zivilisationen. Dann können Sie Ihre eigenen Werte in den Rechner eingeben, um zu sehen, wie sich die Ergebnisse ändern – großartig für Sessel-Astrobiologen.“
Sobald die Benutzer dies getan haben, können sie die Weltraumrechner (auch auf Omni Calculator verfügbar), um zu sehen, wie lange es dauern würde, die nächsten außerirdischen Zivilisationen in unserer Galaxie zu treffen. Dieser Rechner wurde ebenfalls von Czernia entwickelt und basiert in ähnlicher Weise auf vom Benutzer eingegebenen Variablen wie der Raumfahrzeugmasse, der Beschleunigung und physikalischen Modellen des Universums (Einstein- oder Newton-Modell).
Nehmen wir zum Spaß an, dass der ACC uns mitgeteilt hat, dass es potenziell Hunderte von Zivilisationen in unserer Galaxie gibt und dass sich die nächste etwa 159 Lichtjahre entfernt befindet (unter Verwendung des Exoplaneten .). HD 42936 Ab Als Referenz). Nehmen wir auch an, wir hätten ein Schiff mit einer ähnlichen Masse wie die ISS (420 Tonnen, 463 US-Tonnen) und es könnte 1 . beschleunigeng(9,8 m/s), bis wir 99% der Lichtgeschwindigkeit erreichten.
Künstlerische Darstellung des Bereichs bewohnbarer Zonen für verschiedene Sternarten. Bildnachweis: NASA/Kepler-Mission/Dana Berry
Basierend auf diesen Variablen sagt uns der Space Travel Calculator, dass es 161,4 Jahre dauern würde, um den nächsten ETI zu erreichen, obwohl für die Besatzung nur 10 Jahre vergehen würden (da wir Einsteinsche Physik verwenden). Anscheinend würde das Schiff für die Reise auch rund 11,66 Millionen Tonnen (12,85 Millionen US-Tonnen) Treibstoffmasse benötigen. Also… ja, diese Mission wird so schnell nicht stattfinden! Aber es war eine lustige Übung, die ich nur empfehlen kann!
Um fair zu sein, haben sowohl die Drake-Gleichung als auch das astrobiologische kopernikanische Prinzip ihre Grenzen. Wir haben zum Beispiel viel gelernt, seit Drake zum ersten Mal seine berühmte Gleichung über die ersten vier Variablen aufgestellt hat. Vieles davon ist auf die jüngsten Entdeckungen von Exoplaneten zurückzuführen, die Astronomen eine gute Vorstellung davon gegeben haben, wie viele Sterne Planeten haben und wie oft sie innerhalb der bewohnbaren Zone eines Sterns kreisen.
Ebenso unterliegt das astriobiologische Kopernikan-Prinzip vielen Unsicherheiten. Im Fall der Studie von Westby und Conselice gingen sie davon aus, dass ein erdähnlicher Planet schließlich Leben bilden würde. Darüber hinaus wird weithin angenommen, dass, da der moderne Mensch erst vor ca Vor 200.000 Jahren (während der Planet Erde über 4,5 Milliarden Jahre alt ist), sollte SETI nur Sterne betrachten, die 4,5 Milliarden Jahre oder älter sind.
Letztendlich wird die Vorhersage, wie viele außerirdische Zivilisationen es gibt, weiterhin mit großer Unsicherheit verbunden sein. Im Laufe der Zeit und der Verbesserung der Instrumente, die wir für die SETI-Forschung verwenden, werden Astronomen immer mehr über diese Variablen lernen. Daraus können wir erwarten, dass die Schätzungen zur wahrscheinlichen Anzahl von ETIs in unserer Galaxie enger werden.
Künstlerische Darstellung eines Super-Erde-Planeten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser
Wie Wooding angedeutet hat, müssen einige bedeutende Entwicklungen eintreten, bevor wir die Frage „Sind wir allein?“ mit Zuversicht beantworten können:
„Vielleicht könnten Sie in Zukunft, wenn mehr Entdeckungen über die Sterne und Planeten in der Milchstraße gemacht werden, zum Taschenrechner zurückkehren und sehen, wie sich diese auf die Anzahl möglicher außerirdischer Zivilisationen auswirken.
'Wir werden besser darin werden, erdähnliche Planeten in der bewohnbaren Zone zu erkennen und sogar in der Lage zu sein, zu erkennen, was sich in ihrer Atmosphäre befindet (sofern sie eine hat). Dies könnte zu einer gezielteren SETI-Suche führen, was unsere Chancen erhöhen sollte.“
„Ich dachte immer daran, ein Radioteleskop auf der dunklen Seite des Mondes zu bauen, als eine großartige Idee, um dem Radiorauschen der Erde zu entfliehen und unsere Sensibilität für außerirdische Übertragungen zu erhöhen.“
Am Ende werden wir nicht sicher wissen, wie wahrscheinlich außerirdisches Leben und außerirdische Zivilisationen sind, bis wir Beweise dafür finden. Aber das Schöne daran ist, dass das Fermi-Paradox („Wo sind alle?“) nur einmal gelöst werden muss. In der Zwischenzeit wird die Suche nach ETIs weitergehen und immens von Instrumenten der nächsten Generation profitieren (wie dem James Webb und Nancy Grace Roman Weltraumteleskope) und Methoden, die verfügbar werden.
Gleichzeitig helfen uns Wahrscheinlichkeitsstudien und probabilistische Argumente, die Suchparameter einzugrenzen. Wenn sie da draußen sind, werden wir sie sicher irgendwann finden (Daumen drücken)! Schauen Sie sich auch die anderen interessanten Tools an Omni-Rechner zu bieten hat, darunter Astrophysik, Quantenphysik und andere wissenschaftliche Rechner.
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