1 листопада 1961 р. Кілька видатних вчених зібралися в Національній радіоастрономічній обсерваторії Ґрін-Бенк в Західній Вірджинії на триденну конференцію. Роком раніше на цьому об’єкті було виконано перший сучасний експеримент (Project Ozma) SETI, в якому нині знамениті астрономи Френк Дрейк і Карл Саґан за допомогою телескопа Green Bank (він же «Велике вухо») спостерігали за двома сусідніми зорями, схожими на Сонце, — Епсилон Ерідана і Тау Кита.

Хоча сигнал від інопланетян не вдалося зареєструвати, проєкт «Озма» став для науковців, які цікавились цією новою темою, початком справи, відомої як «Пошук позаземних цивілізацій» (Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI). Тому Дрейк і Саґан вирішили організувати першу конференцію SETI для обговорення питань щодо пошуку можливих позаземних радіосигналів. Готуючись до зустрічі, Дрейк підготував таке евристичне рівняння:

N = R* x f_p x n_e x f_l x f_i x f_c x L

Воно стало відомим як «рівняння Дрейка» і його багато хто вважає одним із найвідоміших рівнянь в історії науки. У шістдесяту річницю з часу появи рівняння Джон Ґерц (John Gertz) — кінопродюсер, астроном-аматор, член правління BreakThrough Listen і колишній голова правління Інституту SETI — стверджує в нещодавній роботі, що це рівняння варто переглянути.

Френк Дрейк і його відоме рівняння на білій дошці. Фото з сайту www.universetoday.com.

У статті, яку взяв для оприлюднення журнал Британського міжпланетного товариства (the Journal of the British Interplanetary Society, JBIS), Ґерц обґрунтовує перегляд рівняння та набагато більше пошуків! Щоб зрозуміти його суть, з’ясуймо параметри, що входять до рівняння Дрейка:

N — кількість цивілізацій в нашій галактиці, з якими ми могли б спілкуватися;

R* — середня швидкість утворення зір у нашій галактиці;

f_p — частка зір із планетними системами;

n_e — кількість планет, які можуть мати життя;

f_l — кількість планет, де виникло життя;

f_i — кількість планет, де існує розумне життя;

f_c — кількість цивілізацій, які досягли рівня технології радіопередач;

L — час, упродовж якого цивілізації транслюють свої сигнали в космос.

Дрейк запропонував рівняння не так для того, щоб воно стало фактичним засобом кількісної оцінки числа цивілізацій в нашій галактиці, а для мети стимулювання дискусії щодо SETI серед тих, хто брав участь у засіданні. Пізніше Дрейк пригадував: «Плануючи зустріч, я за кілька днів до її початку зрозумів, що нам потрібен порядок денний. І тому я записав усе, що треба знати, щоб передбачити, як важко буде виявити позаземне життя. Дивлячись на ці параметри, стало цілком очевидно, що коли помножити все це разом, ви отримаєте число N, яке є кількістю виявлених цивілізацій у нашій галактиці. Це було спрямовано на радіопошук, а не на пошук первісних чи примітивних форм життя».

Телескоп Ґрін Бенк (Green Bank Telescope), що виконує моніторинг Галактики з метою виявлення швидких радіосплесків (Fast Radio Bursts, FRBs). Фото з сайту www.universetoday.com.

Відтоді рівняння Дрейка стало дуже популярним і відомим. Тоді як деякі науковці вважають його одним із найважливіших внесків у наукові дослідження, інші критикують його за очевидну невизначеність та велику складову домислу. Ця критика підкреслює, що множенням невизначених змінних рівень невизначеності зростає в геометричній прогресії до такої міри, що твердих висновків зробити неможливо.

Джон Ґерц вважає, що проблеми, пов’язані з рівнянням Дрейка, з часом не зменшуються. Для багатьох науковців важливі відкриття, що мали місце за останні кілька десятиліть (які зменшили рівень невизначеності деяких параметрів рівняння), поставили під сумнів корисність цього рівняння.

«Рівняння Дрейка було надзвичайно корисною евристикою на початку сучасних пошуків позаземних цивілізацій на початку 1960-х», — сказав він. «Воно спрямовувало наші перші думки на цю тему. Однак через 60 років це скрипучий і застарілий механізм, який слід замітати новими міркуваннями».

Під час свого дослідження Ґерц переглянув кожну змінну в рівнянні Дрейка, щоб визначити, чи вони все ще корисні для обмеження можливості існування високорозвиненого життя. Першим став параметр R*, який Герц охаректеризував як «марний» (useless) з низки причин. Серед них той факт, що швидкість утворення нових зір змінюється з часом і що Дрейк обмежився зорями, схожими на Сонце (вони мають низьку народжуваність порівняно з кількома іншими типами).

Френк Дрейк стоїть перед телескопом Ґрін Бенк. Фото з сайту www.universetoday.com.

Крім того, існує ймовірність того, що сигнали позаземних цивілізацій можуть мати позагалактичне походження, і що кількість цивілізацій не пов’язана з народженням нових зір. З цих причин він пропонує замінити параметр R* на n_s, що позначає кількість зір-кандидатів у Молочному Шляху, які потрапляють у наше поле зору (field of view, FOV). Це було б важливим, бо до зір, яких вважають хорошими кандидатами з огляду на життя, належать G-тип, K-тип і M-тип (понад 80% зір), а також, здавалося б, мертві білі карлики (ще 10% усіх зір).

Далі йде кількість зір, які мають планету чи планетну систему (параметр f_p), що була значною мірою невідома за часів Дрейка. Однак за останні два десятиліття кількість підтверджених екзопланет зросла в геометричній прогресії (4383 і за лічильником!), багато в чому завдяки космічному телескопу «Кеплер». Ці відкриття дають змогу припустити: планети є в більшості зір, що робить цей параметр фактично неактуальним.

Далі — ще одна важлива думка, яка з’явилася в результаті останніх відкриттів екзопланет. Це кількість землеподібних планет (вони ж «земні» [terrestrial] або скелясті [rocky]), які обертаються в межах зони життя материнської зорі (habitable zone, HZ) — ne. Але, як показали численні дослідження, розміщення планети в межах HZ своєї зорі навряд чи єдиний фактор для її придатності до життя. Важливими також є розмір планети, атмосфера та наявність води і тектонічної активності.

Визначення «зона життя» застосовують зазвичай до планет, але супутники, такі як Ганімед, Європа, Енцелад, Титан та інші, показують, що життя ймовірне в середовищі «планети-океану». Слід враховувати також випадок Марса і Венери — обидві планети мали рідку воду на поверхні й відносно стабільні температури одночасно. Отже, Ґерц рекомендує замість ne використовувати параметр ntb, що позначає загальну кількість тіл (планет, супутників, планетоїдів тощо), які могли б підтримувати життя як на своїх поверхнях, так і під ними.

Параметр f_l (кількість планет, де виникло життя) також є безнадійно невизначеним, головно тому, що науковці не розуміють, як виникло життя на Землі. Нині наявні гіпотези розглядають широкий діапазон можливостей: від появи життя у первісних водоймах чи поблизу гідротермальних джерел до посіву з космосу (літопанспермія) або із зоряних систем і галактик (панспермія). Також немає єдиної думки щодо того, чи є життя дуже поширеним чи рідкісним через те, що пошук позаземного життя (простого чи якогось іншого) досі є безрезультатним.

Далі, кількість планет, де існує розумне життя, яке зможе вийти на технологічний рівень розвитку  (f_i), — особливо проблемне питання. Воно зводиться до еволюційних шляхів і до того, чи є загальними або унікальними фактори, що спричиняють появу homo sapiens. Коротше кажучи, ми не маємо уявлення, еволюція є конвергентною (сприяє появі розумного життя) чи неконвергентною.

Передостанній параметр, кількість цивілізацій, які досягли рівня технології радіопередач і можуть намагатися спілкуватися з нами прямо зараз (f_c), так само невизначений. З одного боку, він вказує на те, що не всі технологічно зрілі види зможуть спілкуватися з нами чи готові до цього (щось на зразок гіпотези «Темний ліс»). З іншого боку, він не враховує двох дуже важливих міркувань.

По-перше, він не враховує кількість часу, потрібного передавачу чи приймачу для створення каналу зв’язку через велику кількість об’єктів у нашій галактиці. Якщо сигнали не транслюються постійно прямо в напрямку Землі (або в усіх напрямках), або ж буде дуже низьким рівень сигналу, призначеного для реєстрації, шанси отримати будь-яке повідомлення будуть мізерними. Крім того, він не враховує можливість ненавмисного виявлення технологічних сигналів (наприклад, радіопередач).

Отже, Ґерц рекомендує замінити f_c на параметр f_d, що є більш широким за своєю суттю. Окрім розгляду спроб позаземної цивілізації спілкуватися з нами, він також враховує нашу здатність виявляти технологічні ознаки цивілізації. Зрештою, яка користь від зусиль із надсилання сигналів, якщо передбачувані одержувачі навіть не здатні отримати повідомлення?

Нарешті, не менш важливим, безумовно, є постійно невизначений параметр L — час, упродовж якого цивілізації транслюють свої сигнали в космос, намагаючись зв’язатися із Землею. Згодом цей параметр стали тлумачити як тривалість життя цивілізацій чи як довго вони можуть перебувати в стані розвитку до того, як зазнають самознищення чи загинуть внаслідок забруднення навколишнього середовища.

Карл Саґан зізнався, що з усіх параметрів рівняння Дрейка цей є найневизначенішим. Простіше кажучи, ми не можемо знати, як довго може існувати цивілізація, перш ніж вона більше не зможе спілкуватися з космосом. Ми не можемо передбачити, як і коли може загинути позаземна цивілізація, поки не зрозуміємо, коли загине наша (хоча деякі скептики сумніваються, що людство зможемо дожити до кінця цього століття!)

Іншим поширеним фактором є ймовірність того, що до того моменту, коли позаземний сигнал або зонд-посланець знайде інших розумних істот, цивілізація, яка його спорядила, вже давно загинула. Цей аргумент є частиною гіпотези «Вузьке вікно» (Brief Window), яка передбачає, що розвинуті цивілізації неодмінно зазнають загроз існування, перш ніж інша цивілізація зможе отримати та відповісти на їх передачі. Як пояснив Ґерц:

«Рівняння Дрейка засноване на уявленні, що серед зоряних світів є обмежена кількість інопланетних цивілізацій, деякі з яких будуть сигналізувати нам про свою присутність за допомогою радіопроменів або оптичних лазерів. Однак це ігнорує інший тип уявлень, згідно з якими набагато кращою стратегією позаземних цивілізацій було б надіслати зонди до Сонячної системи для спостереження та врешті-решт зв’язку з нами.

Такі зонди можуть нести інформацію великої кількості цивілізацій, багато з яких, можливо, давно загинули. Якщо це так, L-параметр в рівнянні Дрейка не має значення, бо зонд може набагато пережити того, хто його створив. Параметр N зменшиться до одиниці, якщо залишиться один-єдиний зонд, який повідомить нам про свою присутність, і за допомогою якого ми зможемо спілкуватися з рештою галактики».

Уявлення художника про систему the Breakthrough Listen Network («Найдосконаліша мережа для реєстрації сигналів від позаземних цивілізацій» — Ред.). Фото з сайту www.universetoday.com.

Зрештою, оновлена версія рівняння Дрейка (на основі аналізу Ґерца) матиме такий вигляд:

N = n_s x f_p x n_tb x f_l x f_i x f_d x L

n_s — кількість ділянок на небі в межах нашого поля зору

f_p — частка зір з планетами

n_tb — середня кількість тіл в кожної зорі, придатних для життя

f_l — частка тих, де виникло життя

f_i — частка заселених систем, де існують цивілізації

f_d — частка технологічно розвинених цивілізацій, які можна виявити будь-якими способами

L — відтинок часу, протягом якого можна виявляти високорозвинену цивілізацію (фактично час її існування — Ред.).

На жаль, якщо взяти до уваги всі параметри (та відповідні рівні їхньої невизначеності), ми отримаємо деякі невтішні наслідки. З одного боку, було б емпірично простіше зробити висновок, що на тепер людство є єдиною технологічно розвиненою цивілізацією у спостережуваному Всесвіті. Або, як підсумовує Ґерц, це може стати закликом до дії для зменшення або усунення цих рівнів невизначеності!

«Рівняння Дрейка має на меті визначити N, кількість наявних цивілізацій, що підтримують зв’язок», — сказав він. «Це просто неможливо визначити будь-якими відомими способами, крім як встановити контакт з позаземною цивілізацією і запитати її, що їй відомо з цього питання. Невдача з рівнянням Дрейка, як це не парадоксально, вказує на особливу важливість програми SETI, бо ніякі теоретичні спекуляції не можуть допомогти визначити N».

Що стосується того, якою б мала бути надійна програма SETI, він визнає, що нинішні зусилля, зокрема проєкт «Проривне слухання» (Breakthrough Listen), є хорошим початком. В рамках діяльності некомерційної організації «Проривні ініціативи», заснованої Юрієм та Юлією Мільнерами в 2015 році, заплановано протягом 10 років виконати найширший з коли-небудь проведених комплексний пошук технологічних ознак у Всесвіті. Вартість проєкту становить 100 мільйонів доларів.

Проект спирається на реєстрацію радіохвиль, виконаних обсерваторією Ґрін Бенк та обсерваторією Паркса на південному сході Австралії, а також на реєстрацію видимого світла системою автоматизованого пошуку екзопланет в Лікській обсерваторії (Сан-Хосе, штат Каліфорнія. У поєднанні з найновішим інноваційним програмним забезпеченням та методами аналізу даних в рамках виконання проєкту астрономи оглянуть мільйон сусідніх зір, всю галактичну площину та 100 сусідніх галактик.

Однак для того, щоб дослідження SETI справді просунулися до такої міри, що рівняння Дрейка знову може бути корисним, потрібні дві речі. За словами Ґерца, до них належать постійне фінансування та спеціальні обсерваторії:

«Breakthrough Listen — це система, яка змінює гру. Завдяки цьому за один день SETI досягає більше, ніж будь-коли раніше за повний рік. Однак у довгостроковій перспективі потрібно зробити набагато більше. Перш за все, це неперервне фінансування, яке може бути забезпечене лише завдяки пожертвам.

Крім того, існує потреба у створенні більшої кількості телескопів, що працюватимуть в цілодобовому режиму, особливо телескопів із широким полем зору, бо ми можемо лише здогадуватися, звідки надійде сигнал від позаземної цивілізації. Також треба навчати більше науковців, які, також, будуть знати, що вони можуть зробити кар’єру в проєкті SETI, бо він забезпечений фінансами».

Окрім важких пошуків, які описують словами «шукати голку в космічній копиці сіна», однією з найбільших проблем SETI є фінансове забезпечення досліджень. Ця проблема не унікальна тільки для SETI, але як порівняти з дослідженнями космосу та пов’язаними з ними заходами, постійно існує потреба в тому, щоб виправдати існування цього проєкту. Але зважаючи на те, що виграш стане найбільшим відкриттям в історії людства, він, безумовно, вартий витрат!

За інф. з сайту www.universetoday.com

Від редактора

Радимо прочитати замітку «Що таке рівняння Дрейка?»