В 1961 году астроном Фрэнк Дрейк нарисовал уравнение на доске на первой конференции SETI в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния. Его целью не было вычислить точный ответ — он признал, что это было невозможно при имеющихся на тот момент знаниях. Целью было организовать невежество: определить правильные вопросы, отделить познаваемое от непознаваемого и представить поиск внеземного разума как научную проблему, а не как чистую спекуляцию. Шестьдесят с лишним лет спустя космические телескопы «Кеплер» и «Джеймс Уэбб» ответили на некоторые из этих вопросов. Другие остаются такими же неуверенными, как и прежде.
Семь переменных уравнения Дрейка
Уравнение Дрейка оценивает количество активных, взаимодействующих цивилизаций в галактике Млечный Путь в любой момент времени:
N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
Каждая пере��енная соответствует одному шагу в цепочке от звездообразования до обнаруживаемой цивилизации:
| Variable | What It Means |
|---|---|
| N | Number of civilizations we could detect right now |
| R* | Average rate of star formation in the Milky Way (stars/year) |
| fp | Fraction of those stars that have planets |
| ne | Average number of planets per planetary system in the "habitable zone" |
| fl | Fraction of habitable planets where life actually emerges |
| fi | Fraction of life-bearing planets where intelligent life evolves |
| fc | Fraction of intelligent civilizations that develop detectable technology |
| L | Average lifespan of a detectable civilization (years) |
Результат N — это не общее количество когда-либо существовавших цивилизаций, а количество активных и передающих информацию одновременно с нами прямо сейчас. Цивилизация, возникшая и упавшая миллиард лет назад, ничего не дает N.
То, что мы знаем, и то, что мы догадываемся
Астрономия изменила нашу увереннос��ь в двух из семи переменных. До миссии «Кеплер» (2009–2018 гг.) fp и ne были обоснованными предположениями. Теперь это достаточно хорошо ограниченные данные наблюдений.
R (скорость звездообразования):* По оценкам астрономов, Млечный Путь производит примерно 1–3 новые звезды в год, в среднем за всю его историю. Текущая скорость приближается к нижнему пределу по мере старения г��лактики и расходования газа, образующего звезды. Сам Дрейк использовал 10 в 1961 году — более высокая оценка для более раннего, более активного периода галактики. Современный консенсус: R ≈ 1–3 звезды в год*.
fp (доля с планетами): Данные Кеплера показали, что планеты — не исключение, а правило. Примерно 70–90% звезд солнцеподобного типа содержат хотя бы одну планету. Для всех типов звезд вместе взятых эта доля, вероятно, близка к 1,0. fp ≈ 0,9–1,0 теперь хорошо поддерживается.
ne (планеты обитаемой зоны в каждой системе): Это более тонко. Классическая «обитаемая зона» — это область, где на поверхности может существовать жидкая вода. Данные Кеплера предполагают примерно 0,4–0,8 планет размером пример��о с Землю на одну солнцеподобную звезду в обитаемой зоне. Расширение определения, включив в него подземную жидкую воду (Европа, Энцелад), значительно повышает это значение. ne ≈ 0,4–1,0 для традиционных оценок обитаемой зоны.
fl, fi, fc, L: Они остаются глубоко неопределенными и охватывают многие порядки величин в зависимости от предположений. У нас есть размер выборки ровно один для каждого: Земля.
Соединение оптимистических и пессимистических ценностей
В таблице ниже первоначальные оценки Дрейка 1961 года сравниваются с современными оптимистическими и пессимистическими диапазонами:
| Variable | Drake (1961) | Modern Optimistic | Modern Pessimistic |
|---|---|---|---|
| R* | 10 | 3 | 1 |
| fp | 0.5 | 1.0 | 0.9 |
| ne | 2.0 | 0.8 | 0.1 |
| fl | 1.0 | 0.5 | 0.000001 |
| fi | 0.01 | 0.1 | 0.000001 |
| fc | 0.01 | 0.1 | 0.0001 |
| L | 10,000 | 100,000 | 100 |
| N (result) | 1,000 | 240 | ~0.000000000001 |
Пессимистический сценарий отражает гипотезу «редкой Земли» — идею о том, что сложная жизнь животных требует чрезвычайно невероятного стечения условий (стабильная звезда, луна подходящего размера для приливной стабилизации, тектоника плит, з��щита Юпитера от астероидов и так далее). Согласно предположениям о редкоземельности, Земля может быть уникальной в наблюдаемой Вселенной.
Оптимистический сценарий предполагает, что жизнь — это естественный результат химии при наличии правильных условий, интеллект — это естественный результат эволюции с учетом времени, а цивилизации имеют тенденцию существовать достаточно долго, чтобы их можно было обнаружить.
Оригинальная оценка Дрейка за 1961 год
На конференции Green Bank Дрейк разработал собственное уравнение вместе с собравшимися учёными — группой, в которую входили Карл Саган, Дж.Б.С. Холдейн и Джон Лилли. Мнения ученых разделились по поводу непознаваемых биологических и социологических переменных, но групповой консенсус дал оценку от 1 000 до 100 000 000 цивилизаций в Млечном Пути.
Лично Дрейк предпочитал оценивать около 10 000 цивилизаций. Его аргументация заключалась в том, что L — переменная продолжительности жизни — была ключевой неопределенностью. Если цивилизации имеют тенденцию уничтожать себя относительно быстро после развития ядерного и технологического потенциала, L может составлять всего несколько сотен лет. Если они переживут свой технологический подростковый возраст, L может существовать миллионы лет. Дрейк с оптимизмом относился к долголетию и, следовательно, с оптимизмом относился к Н.
В последующих интервью Дрейк выразил неизменный оптимизм по поводу существования других цивилизаций, признав при этом, что биологические переменные по существу не ограничиваются наблюдениями.
Современные оценки с использованием данных об экзопланетах
Миссия «Кеплер» и последующий TESS (спу��ник для исследования транзитных экзопланет) каталогизировали более 5500 подтвержденных экзопланет по состоянию на 2024 год. Несколько ключевых выводов уточнили расчеты Дрейка:
Скалистые планеты в обитаемых зонах встречаются часто. Статистический анализ Кеплера показывает, что примерно 20–50% солнцеподобных звезд содержат каменистые планеты в обитаемой зоне.
Красные карлики усложняют картину. Красные карлики (звезды М-типа) составляют около 75% всех зв��зд в галактике и часто содержат каменистые планеты в своих обитаемых зонах. Однако обитаемые зоны красных карликов расположены гораздо ближе к звезде, а это означает, что планеты там сталкиваются с интенсивными вспышками и приливными блокировками — факторами, которые могут быть или не быть препятствующими жизни.
Космический телескоп Джеймса Уэбба приступил к исследованию атмосфер экзопланет в поисках биосигнатур, таких как кислород, метан и закись азота в комб��нациях, которые предполагают биологические процессы. По состоянию на 2024 год подтвержденных биосигнатур обнаружено не было, но поиск находится на самой ранней стадии.
Обновленные оценки, использующие современные данные об экзопланетах и предполагающие, что fl нетривиален, предполагают наличие от сотен до тысяч взаимодействующих цивилизаций в Млечном Пути при оптимистических предположениях — или, возможно, только одной (нас) при пессимистических предположениях.
Парадокс Ферми: где все?
Если оптимистические оценки верны и в Млечном Пути существуют тысячи цивилизаций, Энрико Ферми в 1950 году задал знаменитый вопрос: где они? Возраст галактики примерно 13,5 миллиардов лет. Даже при скромных темпах расширения цивилизация, жившая на миллион лет раньше нас, могла бы колонизировать всю галактику много раз. Мы не видим никаких мегаструктур, не получаем подтвержденных сигналов и не имеем никаких свидетельств прошлых или настоящих инопланетных посетителей.
Это противоречие между ожиданием изобилия жизни и наблюдаемым молчанием и есть парадокс Ферми. Предлагаемые объяснения делятся на несколько широких категорий:
Гипотеза Великого фильтра: Либо что-то уничтожило большинство цивилизаций до того, как они начали покорять космос («фильтр» уже позади, как и сложность создания сложных эукариотических клеток), либо что-то уничтожило цивилизации, достигшие нашего уровня технологий (фильтр еще впереди — более пугающий сценарий).
Гипотеза зоопарка: цивилизации существуют, но намеренно не общаются с нами, возможно, соблюдая своего рода главную директиву.
Гипотеза Темного леса (из научной фантастики Лю Цысиня): Любая цивилизация, заявляющая о своем существовании, быстро уничтожается другими, действующими из космического самосохранения. Это предсказывает почти полное радиомолчание всех развитых цивилизаций.
Расстояния и время. Диаметр Млечного Пути составляет 100 000 световых лет. Даже сигналам, движущимся со скоростью света, требуются десятки тысяч лет, чтобы пересечь его. Наш радиопузырь простирается всего на 110 световых лет от Земли — крошечную часть галактики. Возможно, мы просто не слушали достаточно долго или недостаточно громко, чтобы кого-то обнаружить.
Уравнение Дрейка не решает парадокс Ферми, а обостряет его. Каждый параметр, который мы ограничиваем, либо делает тишину более загадочной, либо помогает ее объяснить. Это противоречие между тем, что, как предполагает математика, возможно, и тем, что наблюдения до сих пор не смогли обнаружить, и делает уравнение сегодня столь же интеллектуально живым, каким оно было в 1961 году.