Gibt es Leben da draußen im Universum? Das ist eine Frage, die die Menschheit beschäftigt hat, lange bevor wir wussten, wie groß das Universum ist – d. h. vor dem Aufkommen der modernen Astronomie. Im 20. Jahrhundert wurden – dank der Entwicklung moderner Teleskope, Radioastronomie und Weltraumobservatorien – zahlreiche Anstrengungen unternommen, um außerirdische Intelligenz (ETI) zu finden.
Und doch ist sich die Menschheit immer noch nur einer intelligenten Zivilisation im Universum bewusst – unserer eigenen. Und bis wir tatsächlich eine außerirdische Zivilisation entdecken, ist das Beste, was wir tun können, Vermutungen über die Wahrscheinlichkeit ihrer Existenz. Hier kommt die berühmte Drake-Gleichung – benannt nach dem Astronomen Dr. Frank Drake – ins Spiel. Diese in den 1960er Jahren entwickelte Gleichung schätzt die Anzahl möglicher Zivilisationen auf der Grundlage einer Reihe von Faktoren.
Hintergrund:
In den 1950er Jahren wurde das Konzept, die Radioastronomie zur Suche nach Signalen außerirdischen Ursprungs zu verwenden, in der wissenschaftlichen Gemeinschaft weithin akzeptiert. Die Idee, nach außerirdischen Funkverbindungen zu lauschen, wurde bereits im späten 19. Jahrhundert (von Nikolai Tesla) vorgeschlagen, aber diese Bemühungen betrafen die Suche nach Lebenszeichen auf dem Mars.
Frank Drake steht vor seiner berühmten Gleichung auf einer weißen Tafel. Bildnachweis: SETI.org
Dann, im September 1959, veröffentlichten Giuseppe Cocconi und Philip Morrison (die beide damals Physikprofessoren an der Cornell University waren) einen Artikel in der ZeitschriftNaturmit dem Titel „ Auf der Suche nach interstellarer Kommunikation .“ Darin argumentierten sie, dass Radioteleskope empfindlich genug geworden seien, um Übertragungen von anderen Sternensystemen zu empfangen.
Insbesondere argumentierten sie, dass diese Nachrichten bei einer Wellenlänge von 21 cm (1420,4 MHz) übertragen werden könnten, der gleichen Wellenlänge der Radioemissionen von neutralem Wasserstoff. Als häufigstes Element im Universum argumentierten sie, dass außerirdische Zivilisationen dies als logische Frequenz ansehen würden, um Radiosendungen zu senden, die von anderen Zivilisationen aufgenommen werden könnten.
Sieben Monate später führte Frank Drake die erste systematische SETI-Umfrage an der Nationales Radioastronomie-Observatorium in Green Bank, West Virginia. Bekannt als Projekt Ozma , diese Umfrage stützte sich zur Überwachung auf die 25-Meter-Spiegel des Observatoriums Epsilon Eridani und Ihr Ceti – zwei nahegelegene sonnenähnliche Sterne – mit Frequenzen nahe 21 cm für sechs Stunden am Tag, zwischen April und Juli 1960.
Obwohl erfolglos, weckte die Umfrage das Interesse der wissenschaftlichen und der SETI-Gemeinschaft. Kurz darauf folgte 1961 ein Treffen in der Green Bank Einrichtung, bei dem die Themen SETI und die Suche nach Funksignalen außerirdischen Ursprungs diskutiert wurden. In Vorbereitung auf dieses Treffen bereitete Drake die Gleichung vor, die seinen Namen tragen sollte. Wie er über die Erstellung der Gleichung sagte:
„Als ich das Meeting plante, wurde mir ein paar Tage im Voraus klar, dass wir eine Agenda brauchten. Und so habe ich alles aufgeschrieben, was Sie wissen mussten, um vorherzusagen, wie schwer es sein wird, außerirdisches Leben zu entdecken. Und wenn man sie ansah, wurde ziemlich offensichtlich, dass man, wenn man all dies multipliziert, eine Zahl N erhält, die die Anzahl der nachweisbaren Zivilisationen in unserer Galaxie ist. Dies war auf die Radiosuche ausgerichtet und nicht auf die Suche nach ursprünglichen oder primitiven Lebensformen.“
An das Treffen, an dem auch Koryphäen wie Carl Sagan teilnahmen, wurde mit einer Gedenktafel erinnert, die sich noch heute in der Halle des Green Bank Observatory befindet.
Das 26 m hohe Howard E. Tatel Radioteleskop bei NRAO, das im Projekt Ozma verwendet wird. Bildnachweis: Z22/WIkipedia Commons
Die Formel:
Die Formel für die Drake-Gleichung lautet wie folgt:
N = R*x fPx neinUndx fdasx fichx fCx L
Wohingegennist die Anzahl der Zivilisationen in unserer Galaxie, mit denen wir möglicherweise kommunizieren können,R*ist die durchschnittliche Sternentstehungsrate in unserer Galaxie,FPist der Anteil der Sterne, die Planeten haben,nUnd ist die Anzahl der Planeten, die tatsächlich 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, undDASist die Zeitdauer, die diese Zivilisationen benötigen würden, um ihre Signale in den Weltraum zu übertragen.
Grenzen und Kritik:
Natürlich wurde die Drake-Gleichung im Laufe der Jahre kritisiert, hauptsächlich weil viele der darin enthaltenen Werte angenommen werden. Zugegeben, einige der berücksichtigten Werte sind leicht zu berechnen, wie die Sternentstehungsrate in der Milchstraße. Es gibt schätzungsweise 200 – 400 Milliarden Sterne in unserer Milchstraße , und moderne Schätzungen sagen, dass zwischen 1,65 ± 0,19 und 3 neue Sternform jedes Jahr.
Unter der Annahme, dass unsere Galaxie den Durchschnitt darstellt und dass es so viele wie gibt 2 Billionen Galaxien im beobachtbaren Universum (aktuelle Schätzungen basierend auf Hubble-Daten) bedeutet dies, dass jedes Jahr 1,5 bis 6 Billionen neue Sterne zum Universum hinzugefügt werden! Einige der anderen Werte unterliegen jedoch großen Vermutungen.
Schätzungen, wie viele Sterne ein Planetensystem haben werden, haben sich beispielsweise im Laufe der Zeit geändert. Derzeit wird geschätzt, dass die Milchstraße 100 Milliarden Planeten , das ausmacht, dass etwa 50% seiner Sterne einen eigenen Planeten haben. Darüber hinaus werden Sterne mit mehreren Planeten wahrscheinlich einen oder zwei haben, die in ihrem liegen bewohnbare Zone (alias „Goldilocks Zone“) – wo flüssiges Wasser auf ihren Oberflächen existieren kann.
Nehmen wir nun an, dass 100 % der Planeten, die sich in einer bewohnbaren Zone befinden, in irgendeiner Form Leben entwickeln können, dass mindestens 1 % dieser lebenserhaltenden Planeten intelligente Arten hervorbringen können, dass 1 % davon in der Lage sein werden kommunizieren können, und zwar über einen Zeitraum von etwa 10.000 Jahren. Wenn wir diese Zahlen durch die Drake-Gleichung laufen lassen, erhalten wir einen Wert von 10.
Mit anderen Worten, es gibt möglicherweise zu jeder Zeit 10 Zivilisationen in der Milchstraße, die in der Lage sind, Signale auszusenden, die wir entdecken könnten. Aber natürlich die dort verwendeten Werte für vier Parameter –Fdas,Fich,FC undDAS– wurden vollständig angenommen. Ohne echte Daten kann man nicht wissen, wie viele außerirdische Zivilisationen es wirklich geben könnten. Es könnte nur 1 im gesamten Universum (uns) oder Millionen in jeder Galaxie geben!
Das Fermi-Paradoxon:
Abgesehen von der Frage der angenommenen Werte neigt die schärfste Kritik an der Drake-Gleichung dazu, das Argument des Physikers Enrico Fermi zu betonen, das als Fermi-Paradox bekannt ist. Dieser Streit entstand 1950 als Ergebnis eines Gesprächs zwischen Fermi und einigen Kollegen während seiner Tätigkeit bei der Nationales Labor von Los Alamos . Als das Thema UFOs und ETI aufkam, fragte Fermi bekanntlich: „Wo sind alle?“
Diese einfache Frage fasste den Konflikt zusammen, der zwischen Argumenten bestand, die das Ausmaß betonten, und der hohen Wahrscheinlichkeit, dass Leben im Universum entsteht, ohne dass es jegliche Beweise dafür gibt, dass solches Leben existiert. Fermi war zwar nicht der erste Wissenschaftler, der diese Frage stellte, aber sein Name wurde aufgrund seiner vielen Schriften zu diesem Thema damit in Verbindung gebracht.
Kurz gesagt, das Fermi-Paradoxon besagt, dass angesichts der schieren Anzahl von Sternen im Universum (von denen viele Milliarden Jahre älter sind als unser eigenes) die hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass selbst ein kleiner Bruchteil Planeten haben würde, die intelligente Spezies, die Wahrscheinlichkeit, dass einige von ihnen interstellare Reisen entwickeln würden, und die Zeit, die es braucht, um von einer Seite unserer Galaxie zur anderen zu reisen (sogar unter Berücksichtigung von Geschwindigkeiten unter dem Licht), sollte die Menschheit inzwischen einige Beweise für intelligente Zivilisationen gefunden haben .
Dies hat natürlich zu vielen Hypothesen geführt, wie fortgeschrittene Zivilisationen in unserem Universum existieren könnten, aber unentdeckt bleiben. Sie beinhalten die Möglichkeit, dass intelligentes Leben extrem selten ist, dass die Menschheit es ist eine frühe Ankunft im Universum , dass sie nicht existieren (aka. the Hart-Tipler-Vermutung ), dass sie in a . sind zustand des schlafes , oder dass wir einfach in der falsche Orte .
Die Hypothese des „großen Filters“:
Aber die vielleicht bekannteste Erklärung dafür, warum noch keine Anzeichen von Geheimdienstleben gefunden wurden, ist die „ Großartiger Filter ' Hypothese. Diese besagt, dass, da es trotz der riesigen Anzahl von Sternen bisher keine außerirdischen Zivilisationen gegeben hat, ein Schritt im Prozess – zwischen der Entstehung des Lebens und der technologischen Weiterentwicklung – als Filter wirken muss, um den Endwert zu reduzieren.
Nach dieser Ansicht ist es entweder sehr schwer für intelligentes Leben zu entstehen, die Lebenszeit solcher Zivilisationen ist kurz oder die Zeit, die sie haben, um ihre Existenz zu offenbaren, ist kurz. Auch hier wurden verschiedene Erklärungen angeboten, um zu erklären, wie der Filter aussehen könnte, darunter Extinction Level Events (ELEs), die Unfähigkeit des Lebens, schaffen Sie mit der Zeit eine stabile Umgebung , Umweltzerstörung . und/oder Technik läuft Amok (von denen wir befürchten, dass uns einige passieren könnten!)
Leider hat die Drake-Gleichung aus dem gleichen Grund jahrzehntelang bestanden, aus dem sie oft unter Beschuss gerät. Bis die Menschheit Beweise für intelligentes Leben im Universum finden kann oder die Möglichkeit aufgrund unzähliger Untersuchungen, die tatsächlich andere Sternensysteme aus der Nähe untersuchen, ausgeschlossen hat, werden wir die Frage nicht beantworten können: „Wo sind alle? ”
Wie bei vielen anderen kosmologischen Mysterien werden wir gezwungen sein, aufgrund dessen, was wir tun (oder glauben zu tun), zu erraten, was wir nicht wissen. Wenn Astronomen Sterne und Planeten mit neueren Instrumenten untersuchen, können sie möglicherweise herausfinden, wie genau die Drake-Gleichung wirklich ist. Und wenn uns unsere jüngsten kosmologischen und Exoplaneten-Jagdbemühungen etwas gezeigt haben, dann ist es, dass wir gerade erst anfangen, an der Oberfläche des Universums im Allgemeinen zu kratzen!
In den kommenden Jahren und Jahrzehnten werden unsere Bemühungen, mehr über extrasolare Planeten zu erfahren, auf die Erforschung ihrer Atmosphären ausgedehnt werden – die auf Instrumente der nächsten Generation wie die James Webb Weltraumteleskop und der Europäisches extrem großes Teleskop Array. Diese werden viel dazu beitragen, unsere Schätzungen darüber zu verfeinern, wie häufig potenziell bewohnbare Welten sind.
In der Zwischenzeit können wir nur schauen, zuhören, abwarten und sehen…
Wir haben viele Artikel über die Drake-Gleichung für Universe Today geschrieben. Hier ist In der Drake-Gleichung: Ein Chat mit Frank Drake , Die Chancen intelligenten Lebens im Universum , Eine neue Drake-Gleichung? Anderes Leben ist wahrscheinlich nicht intelligent , Eine neue Drake-Gleichung für das Potenzial des Lebens , Bayesianische Analyse regnet auf Exoplanet Life Parade , und Wo sind all die Außerirdischen? Das Fermi-Paradoxon?
Es gibt einige großartige Ressourcen im Internet. Schau dir das an Drake-Gleichungsrechner .
Wir haben eine ganze Episode von Astronomy Cast über die Drake-Gleichung aufgenommen. Schau es dir hier an, Folge 23 – Aliens zählen mit der Drake-Gleichung.
