Drakova enačba

Drakova enačba (znana tudi kot Enačba Green Banka ali Saganova enačba) je slaven rezultat na spekulativnem področju ksenobiologije in astrosociobiologije ter iskanja zunajzemeljskega razumnega življenja.

Enačbo je zapisal ameriški astronom in astrofizik Frank Drake novembra leta 1960 v Greenbanku (zato jo imenujemo tudi Greenbankova formula) v poskusu, da bi ocenil število razvitih zunajzemeljskoh civilizacij v naši Galaksiji, s katerimi bi lahko navezali stik. Glavni namen enačbe je omogočiti znanstvenikom, da določijo količino nezanesljivih dejavnikov, ki določajo število zunajzemeljskih civilizacij.

Predrazvoj

Iz žvepla in silicija temelječe življenje v enačbi ni upoštevano, ker se njegovega obstoja ne da predvideti, če sploh ali pod kakšnimi pogoji obstaja oz. bi lahko nastalo. Drakova opazovanja se nanašajo na življenje, ki je razvilo določene pogoje v zvezi z razmerami in razporeditvijo dušika in ogljika in je razvilo dejavnik negotovosti. Človek kot življenjska oblika velja kot dokaz, da lahko deluje. Sistem ali planet, na katerem bi se takšno življenje lahko razvilo, mora izpolnjevati določene fizikalne in kemične predpostavke. Iščemo torej Soncu podobne zvezde II ali III generacije (beri zvezdne populacije). Samo v njihovi okolici obstaja zadosti metalov (»od vodika in helija težjih kemičnih elementov«). Samo te imajo življenjsko dobo več milijard let, da se da razvoju živih bitij dovolj časa in da zgorevajo enakomerno. Izbruhi sevanja (superblišči) bi uničili vsako obliko življenja. Zvezde z večjo maso ne postanejo tako stare, lažje zvezde pa ponujajo premalo energije. Sistem mora biti torej na ravno pravšnji razdalji od galaktičnega središča, saj vemo, da tam obstaja velikanska in masivna galaktična črna luknja in da so tam zvezde posejane veliko bolj na gosto. Zaradi tega bi se lahko uničile orbite planetov. Orbita mora imeti periodo vrtenja, ki je ravno dovolj kratka, da poskrbi za enakomerno obsevanje planeta s strani njegove matične zvezde v planetarnem sistemu. Rotacijska os ne sme biti preveč nagnjena, da ne bi bile prevelike razlike med letnimi časi. Planetarna masa mora biti dovolj velika, da planet obdrži atmosfero, če je prevelika nastane ojačan učinek »tople grede«. Vlažnost zraka in ozonska plast morajo biti usklajeni. Planet mora imeti tudi magnetno polje, da so živa bitja zavarovana pred kozmičnim sevanjem (in zvezdnim /sončevim/ vetrom). Potrebna je tudi tektonika plošč, ki omogoča tvorbo kopenskih mas – kontinentov. Kot dolgoročni termostat mora obstajati tudi geokemični ciklus ogljika in silicija, da se kompenzira Sončevo sevanje. V planetovi sredici morajo obstajati radioaktivna jedra, ki v sami sredici zagotavljajo dovolj toplote in da ta poskrbi za gibanje snovi po notranjosti planeta, s čemer se ustvarja dinamo efekt in s tem magnetno polje planeta. Obstajati morajo tudi oceani in biti v ravnovesju drug z drugim. Luna v pravilni orbiti mora poskrbeti za stabilni naklon osi vrtenja planeta okoli svoje osi in tako poskrbi za stabilno podnebje. Orbite vseh planetov morajo biti stabilne in urejene, da ne vplivajo ena na drugo in bi s tem povzročile orbitalni kaos. Plinski velikan, kot je npr. Jupiter, bi v sistemu deloval kot „zaščitnik“oz. „mecen, podpornik“, da se spremenijo orbite oz. se izvržejo iz sistema kometi in manjša planetarna telesa. Za razvoj življenja na planetu je potrebno nekaj trčenj meteoritov ki služijo kot pospeševalec evolucije; če bi jih bilo preveč bi ti preprečili nastanek življenja. Še naprej morajo obstajati klimatska področja, v katerih vladajo znosne temperature od -25 do +60 °C. Nenazadnje mora biti voda na planetovem površju v tekočem stanju.

Enačba

$N=R^{*}~\cdot ~f_{s}~\cdot ~f_{p}~\cdot ~n_{e}~\cdot ~f_{l}~\cdot ~f_{i}~\cdot ~f_{c}~\cdot ~L$

Razčlenitev enačbe

N je število civilizacij v naši Galaksiji, s katerimi bi se domnevno mogli sporazumevati.

R* je razmerje zvezdnih skupin v naši Galaksiji.

f_s je merilo Soncu podobnih zvezd z lastnimi planeti.

f_p je merilo zvezd z lastnimi planeti.

n_e je povprečno število planetov, ki omogočajo življenje v razmerju z zvezdo, ki ima planete.

f_l je merilo planetov, kjer se domnevno lahko razvije življenje.

f_i je merilo planetov, kjer se dejansko razvije življenje.

f_c je merilo tistih, ki bi želeli ali se bili sposobni sporazumevati.

L je pričakovana življenjska doba take civilizacije.

Podrobnejši opis dejavnikov v enačbi:

'''R''' * povprečna vrednost nastajanja zvezd na eno leto dni:

Srednja vrednost nastajanja zvezd je na podlagi empiričnih opazovanj npr. z Hubblovim vesoljskim teleskopom HST relativno točno znana in znaša 1. Pri teh opazovanjih moramo biti pozorni, da smo pozorni na zvezde, ki so povprečne velikosti. Zvezde, ki so večje in z večjim izsevom kot je naše Sonce, porabijo svojo energijo, zalogo vodika, že v manj kot eni milijardi let, zato je za razvoj življenjskih pogojev, na zato ustreznih planetih, premalo časa. Zato iščejo zvezde, ki jih lahko primerjamo z našim Soncem, saj izhajamo iz tega, da je za razvoj življenja, kot ga poznamo na Zemlji potrebna ena cela milijarda let. Približno 70% vseh zvezd so rdeče pritlikavke z majhnim izsevom in maso, in s popolnoma konvektivno sredico, zaradi česar živijo dlje, saj porabijo vso zalogo vodika, ki jim je na razpolago. Ponavadi so te tudi bliščne spremenljive zvezde; kar pomeni, da se jim izsev lahko v nekaj treutkih (od nekaj sekund do nekaj minut). Tako poveča, da se življenjske oblike na planetu dobesedno žive skuhajo zaradi infrardečega sevanja oz. toplote. Čeprav imajo te zvezde dolgo dobo »življenja«, ki je bistveno večja, kot je to pri našem Soncu, vendar pa je njihov izsev, njihova masa in težnost bistveno manjša. Poleg tega je vsaka druga zvezda članica dvozvezdja ali celo večzvezdja. Zato tu govorimo o dveh ali celo več zvezdah, ki obkrožajo ena drugo, točneje povedano, krožijo koli skupnega težišča. Fizikalne simulacije so pokazale, da so planeti v takšnih sistemih na zelo nestabilnih krožnicah, orbitah, in se prej ali kasneje zaletijo v matično Sonce ali pa jih izvrže iz sistema (problem tre in več teles; kako se njihove orbite spreminjajo skozi čas. Izjemno tvorijo planeti, ki so daleč od svojih Sonc, da deluje težnost obeh ali treh zvezd le kot ena zvezda in da ima planet zato stabilno orbito (problem dveh teles). Verjetnost, da ima več-zvezdni sistem več planetov preko večjega časovnega obdobja, je zato zelo majhna. Če dve galaksiji trčita ena v drugo, se zaradi velikanskih in dolgotrajnih časovnih obdobij ne da povsem izključiti trčenja planetarnih sistemov, vendar pa ti praviloma izgubijo veliko kozmičnega plina, da pri tem nastale galaksije (ponavadi prstanaste galaksije) ne morejo ustvarjati nobene zvezde več.

fs Delež Soncu podobnih zvezd

fp Delež zvezd s planetarnimi sistemi:

Koliko zvezd v naši galaksiji ima planetarne sisteme? Opazovanja so pokazala, da je približno polovica vseh zvezdnih planetarnih sistemov, kot je npr. naše Osončje, ki bi jih lahko gostile matične zvezde. Od leta 1995 naprej vemo, da so zelo občutljivi detektorji s pomočjo natančnih merjenj radialnih hitrosti Soncu podobnih zvezd odkrili že preko 200 izven-sončnih planetov. Stanje Februarja 2002: 70 planetov pri 60 zvezdah. Z vedno večjo občutljivostjo astronomskih inštrumentov, novimi metodami odkrivanja in s teleskopi z vedno večjo resolucijo bo možno izvesti še bolj natančna merjenja. Doslej so lahko našli samo izven-sončne planete, ki so približno tako veliki kot Jupiter (zgornja meja je približno 17 Jupitrovih) in/ali so zelo blizu matičnemu Soncu in ga zato obkrožijo že v 3 dneh. Na teh planetih zagotovo niso ustrezni pogoji za življenje kot ga poznamo; pravijo jim »vroči Jupitri«.

ne Število planetov v ekosferi:

Ekosfera je področje v Sončevem sistemu, ki ima fizikalne pogoje za nastanek življenja in se njegov obstoj na njegovem površju ne da popolnoma izključiti. Planet sme, kar je odvisno od velikosti, izseva in mase matične zvezde, gostiti planet, ki ni ne predaleč (ko na planeti voda zmrzne) in ne preblizu (kjer voda izpari). Če je predaleč, je preprosto rečeno prehladen; če je preblizu pa prevroč zaradi česar Sonce, zvezda odpihne atmosferi stran. V našem Sončevem sistemu se nahajajo trje planeti v ekosferi: Venera, Mars in Zemlja. fl Planet, z življenjem: Na več planetih v ekosferi bi lahko nastalo življenje? Za ta dejavnik ne obstaja nobene znanstvene osnove. Kot dober primer nam služi naš Sončev sestav. Da bi popolnoma nedvoumno določili, kaj življenje sploh je, predstavlja že samo po sebi zadosten, nepremostljiv problem. fi Planeti, ki gostijo razumno življenje: Če se na enem planetu razvije življenje, to še ne pomeni, da se bo razvilo v razumne življenjske oblike, sposobne zavedanja o svojem obstoju in željah. Tudi za ta dejavnik ne obstaja nobene znanstvene osnove. Sončev sistem lahko uporabimo le kot osnoven model. Pri tem se postavlja tudi vprašanje, kako razumne oblike sploh določimo (definiramo).

fc Medzvezdno sporazumevanje:

Koliko razumnih civilizacij ima interes za sporazumevanje z drugimi posameznimi vrstami? Samo te imajo zanimanje po sporazumevanju, za nas pa obstaja možnost, da jih sami najdemo. Astronomi izhajajo iz tega, da razumna bitja tudi sama iščejo razumne oblike življenja (tudi v smislu trgovinske izmenjave, političnih in ideoloških prepričanj, …). L Življenjska doba ene tehnične civilizacije: Kot tehnično civilizacijo označujemo civilizacijo, ki je sposobna sprejeti radijski signal iz vesolja in ga zopet poslati nazaj. Življenje na planetih je ogroženo zaradi zunanjih in notranjih dejavnikov. Popolno uničenje se lahko izvede s pomočjo kataklizmičnih dogodkov, ki so v zemeljski zgodovini že večkrat vodili do masovnega izumrtja. Sem spadajo tudi drastične, korenite spremembe podnebja zaradi masivnih vulkanskih izbruhov ali zaradi udarcev kometov ali asteroidov. Povsem izključiti ne moremo niti samouničenja tehnične civilizacije, oz. uničenje tehnične civilizacije zaradi druge vrste, kot je to npr. virus. Ker je trajanje zvezd omejeno, je tudi življenjska doba tehnične civilizacije v njenem zvezdnem sistemu omejena. Civilizacije v zunaj-sončnih sistemih morajo imeti zadostne in od Sonca neodvisne izvore energije, vendar pa zakon o ohranitvi energije prepoveduje Perpetuum mobile (se pravi stroje, ki delujejo zgolj sami od sebe) in če so daleč stran od svojih ali drugih Sonc obstaja zelo malo virov energije.

Negotovosti

Odločilnega pomena za izraznost Drake-ove enačbe so negotovosti posameznih dejavnikov. Še posebej so pomembni zadnji 4 dejavniki, ki niso kaj več kot le zelo razpršene domneve in špekulacije kot za trden, otipljiv in neizpodbiten rezultat. Zaradi vsega tega je produkt vseh negotovih dejavnikov je blaga domneva o obstoju razumnih civilizacij izrazito netočna.

Modeli

Po vzoru Drake-ove enačbe so že postavili tri modele.

1. Zmerni model: Ena civilizacija v naši galaksiji.

2. Optimistični model: 100 civilizacij naši galaksiji, v povprečju oddaljenih 5000 svetlobnih let med dvema civilizacijama, ki lahko med seboj komunicirata.

3. Entuziastični model: 4.000.000 civilizacij v naši galaksiji, 150 v povprečju od druga druge.

Literatura: • Frank Drake, Dava Sobel: Is Anyone Out There? (Je kdo tam zunaj?) The Scientific Search for Extraterrestrial Intelligence (Znanstveno iskanje za razuimnim zunajzemeljskim življenjem), Delacorte Pr., New York 1992, ISBN 0-385-30532-X • Robert T. Rood, James S. Trefil: Are We Alone? (Ali smo sami?) The Possibility of Extraterrestrial Civilizations (Verjetnost za obstoj zunajzemeljskih civilizacij ), Scribner, New York 1981, ISBN 0-684-16826-X

Zunanje povezave

• S.E.T.I. institute: Drake equation (v angleščini)