Первый параметр — это число R, которое равно количеству звёзд, образующихся за год, например, в нашей Галактике. Можно, в общем-то, ожидать того, что какие-то сигналы от других цивилизаций могут пересечь и бескрайние просторы межгалактического пустого пространства, но для демонстрации подхода Дрейка достаточен и объём нашей собственной, весьма немаленькой Галактики Млечный Путь.
Согласно начальным астономическим и астофизическим данным, имевшимся в 1950-е годы, в нашей Галактике образуется около 10 звёзд за каждый год её существования. Последние оценки говорят о 7 звёздах в год на Галактику, что вполне соотносится с начальной оценкой времён Дрейка. Вроде бы и немного, однако в дальнейшем можно понять, что это не главное. Важно то, что звёзды в нашей Галактике образуются — и темп их образования в прошлом был, скорее всего, не ниже, а даже выше, чем сейчас.
Второй параметр, который сегодня уже тоже понятен, благодаря последним исследованиям космического пространства и близлежащих к нам звёзд — это параметр fp, который говорит о том, какая часть образующихся звёзд впоследствии обзаводится планетами.
Интуитивно и раньше было понятно, что большинство звёздных систем должно иметь планеты, и наша Солнечная система в этом плане совершенно не уникальна, но неоспоримые подтверждения данного факта были получены только недавно.
Связано это с работой сразу нескольких аппаратов, которые были запущены на околоземную орбиту с целью обнаружения так называемыхэкзопланет, а именно околоземного телескопа НАСА «Кеплер» и европейского телескопа COROT.
На сегодняшний день именно эти два космических аппарата (и, в первую очередь, «Кеплер») могут похвастаться наибольшим вкладом в существующий на сегодняшний день список из 1901 экзопланеты (по состоянию на 15.03.2015).
Найденные 1901 экзопланета находится в 1199 звёздных системах, при этом в 428 из них, как и в нашей Солнечной системе, присутствует более одной найденной экзопланеты.
Кроме однозначно установленных экзопланет, которые зафиксированы уже неоднократными прохождениями перед диском собственной звезды (орбитальные телескопы фиксируют малейшие регулярные колебания светимости наблюдаемых звёзд), только у «Кеплера» есть ещё, как минимум, 4175 потенциальных кандидатов в экзопланеты.
Вот иллюстрация того, что «насмотрел» для человечества «Кеплер» за неполные шесть лет наблюдений в космосе:
Наше собственное Солнце и затмевающая её Земля приведены с соблюдением масштаба во втором ряду иллюстрации.
При рассмотрении вопроса экзопланет, безусловно, стоит учесть и то, что нынешние способы регистрации экзопланет по-прежнему несовершенны: способ регистрации частичного затмения материнской звезды экзопланетой позволяет быстро регистрировать только те планеты, плоскость вращения которых практически совпадает с лучом, направленным от звезды на Солнечную систему.
Только в этом случае планета легко регистрируется при каждом проходе её между материнской звездой и Солнечной системой.
Кроме того, понятное дело, чем меньше планета и чем больше её период обращения вокруг центральной звезды, тем больше времени потребуется космическому телескопу для того, чтобы уверенно засечь как минимум с десяток проходов экзопланеты перед диском материнской звезды.
Например, Юпитер с его периодом обращения вокруг Солнца в 12 лет пока бы ещё никак бы не обнаружил себя для наблюдателя из других солнечных систем, даже если бы он уже попал в поле зрения инопланетных телескопов, подобных «Кеплеру» за срок его нахождения на орбите.
В целом же, поле наблюдения телескопа «Кеплер», которое зафиксировано между созвездиями Лиры и Лебедя, на одной и сторон знаменитого «летнего треугольника» включает около 2,5 миллионов различимых в его оптику звёзд, что позволит уже в ближайшее время получить весьма насыщенную наблюдаемыми фактами модель планетарной эволюции в нашей Галактике:
В любом случае, даже при столь фрагментарной и неполной информации о наблюдаемых экзопланетах, изначальное предположение Дрейка о параметре fp, входящем в формулу и принятым Дрейком равным 0,5, не выглядит столь уж оторванным от действительности.
Сегодня уже практически победила гипотеза того, что образование звёзд везде в нашей Галактике происходит из начального газо-пылевого облака, которое после образования центральной звезды неизбежно формирует как минимум несколько планет. Согласно последним исследованиям, как минимум 30% (0,3) звёзд солнечного типа имеют планеты, и, по указанным выше причинам неполноты и трудности получения данных о планетах земного типа, эта оценка в будущем будет только расти. Кроме того, инфракрасные исследования пылевых дисков вокруг образующихся сейчас молодых звёзд показывают, что от 20 до 60% (от 0,2 до 0,6 в категории параметра fp) звёзд солнечного типа могут сформировать планеты, подобные Земле.
Именно с наблюдением газо-пылевых облаков вокруг образующихся звёзд, кстати, связано и первое в истории человечества непосредственное наблюдение экзопланеты, обращающейся вокруг яркой звезды южного неба, Фомальгаута и получившей названиеФомальгаут b.
В общем, резюмируя последние факты вокруг параметра fp в формуле Дрейка, можно сказать, что он никак не может быть ниже 0,1, но вполне может добраться и до значений, близких к единице (практически любая звёздная система имеет планеты).
Следующий параметр формулы Дрейка, ne говорит о количестве планет, которые пригодны для зарождения жизни в любых формах в расчёте на одну звёздную систему.
В конечном счёте, масса быстро открытых «Кеплером» планет типа «горячий Юпитер», которые имет период обращения вокруг своих солнц в несколько дней и иногда имеют температуру в несколько сотен, а то и в тысячи градусов Кельвина, малопригодны для существования жизни, сколь-либо отдалённо напоминающую земную.
Безусловно, в фантастических произведениях, наряду с прекрасными венерианками и суровыми марсианами всегда присутствуют и громадные осьминоги, плавающие в атмосферах газовых гигантов, и даже некие «солнечные разумные протуберанцы», однако, всё же лучше исходить из того, что понятная нам и устойчивая в течение долгого промежутка времени жизнь может возникнуть лишь на планетах земной группы.
Конечно, тут мы уже вступаем на весьма скользкую дорожку наших внутренних убеждений и допущений, попадая в так называемую ловушку «углеродного шовинизма», но, надо сказать, такой подход не лишён определённого смысла.
При прочих равных, в нашей Вселенной оказывается, что водород, кислород и углерод являются не только наиболее распространёнными, но и наиболее удобными химическими элементами для построения живых существ.
Начальные условия «Большого Взрыва», механика последующего горения звёзд в нашей Вселенной и изотопный состав получающихся стабильных химических элементов таковы, что наиболее распространёнными химическими элементами у нас оказываются водород, гелий, углерод, кислород и азот.
Последующие химические элементы имеются уже в гораздо более скромных количествах, так как горение большинства звёзд заканчивается с образованием углерода, азота и кислорода (в реакциях горения водорода, гелия и в CNO-цикле), а весь остальной «зоопарк» земной и инопланетной химии уже получается в результате взрывов новых и сверхновых звёзд, либо же в результате медленного распада урана и тория.
Именно этим и обусловлены, кстати, локальные пики железа (иногда именуемого ещё «термоядерными углями») и свинца (продукта распада большинства радиоактивных тяжёлых изотопов) на графике распространённости химических элементов.
Кроме того, уже чисто из соображений классической химии, именно углерод в нашей Вселенной оказывается наиболее интересным «строительным кирпичиком» для сложных химических соединений, без которых достаточно сложно вообразить себе упорядоченную структуру, характерную для любой жизни.
В частности, на данный момент известных науке неорганических соединений насчитывается порядка 100 000, в то время как органических — уже более 8 000 000, и каждый год открывается ещё порядка 300 000.
Что, однако, отнюдь не говорит о том, что инопланетная жизнь обязана во всём и во всех аспектах копировать земную жизнь — так, например, уже давно известны ксено-нуклеотиды, которые, в общем-то, ничуть не хуже могут справляться с функциями кодирования информации, очень характерными и, скорее всего, жизненно необходимыми для того, что мы и называем ёмким словом «жизнь».
Короме того, недавние исследования показывают, что альтернативная жизнь может обойтись и без самих нуклеиновых кислот, даже изменённого химического состава, кодируя информацию через альтернативные, гораздо более устойчивые к перепадам температур и давления пептидонуклеиновые кислоты.
В общем и целом это, конечно же, расширяет границы допустимого для возникновения жизни, однако универсальная концепция «Зоны Златовласки» оказывается жизненно необходимой для оценки параметра ne в формуле Дрейка.
Сравнение «Зоны Златовласки» для Солнца и для более холодной, но тоже имеющей планеты в зоне обитаемости звёздной системы Gliese 581.
Понятно, что нет ничего удивительного в том, что в рамках одной звёздной системы сразу две планеты могут оказаться в потенциальной зоне обитаемости. Так, для нашей Солнечной системы в зоне обитаемости и находятся сразу две планеты — наша Земля и гораздо более далёкий и холодный Марс, а в системе звезды Gliese 581 в зону обитаемости попадают тоже две планеты, с буквенными обозначениями c и d.
А вот Венера в зону обитаемости Солнечной системы, к сожалению, не входит. Поэтому-то все процессы терраформирования Венеры так или иначе привязаны к антипарниковому эффекту — в противном случае излишняя солнечная радиация всё равно погубит даже искусственно индуцированную жизнь в условиях венерианской орбиты.
В целом же, по состоянию на январь 2015 года мы уже достоверно знаем о минимум 30 экзопланетах, которые уверенно попадают в «Зону Златовласки», для того, чтобы иметь условия, сходные с нашими и позволяющими иметь жизнь на основе углеродных соединений и воды:
Безусловно, по сравнению даже с 2,5 миллионами звёзд, попавших в объектив «Кеплера», это кажется просто-таки мизерной величиной, но я надеюсь, что вы понимаете, что отнюдь не все планеты, находящиеся в «Зоне Златовласки» удалось найти за столь краткий промежуток существования эффективных орбитальных проектов по поиску экзопланет и в существующих ограничениях по фиксации наличия планет у исследуемых светил.
Оценка самого Дрека для параметра ne была достаточна оптимистична и составляла 2 (исходя из присутствия в нашей Солнечной системе двух потенциально попадающих в зону обитаемости планет и весьма интересного закона Тициуса-Боде). На сегодняшний день, исходя из проведенных исследований по поиску экзопланет уже известно, что масса спутников других звёзд имеют весьма экзотические, сильноэллиптические орбиты, часть планет («горячие юпитеры») просто-таки погружены во внешние короны своих звёзд, а число планет в обитаемой зоне пока гораздо меньше, нежели изначальная оценка Дрейка. Как я уже сказал, на сегодняшний день известно около 1200 планетарных систем, в которых уверенно обнаружено всего 30 потенциально обитаемых планет. Если базироваться на этих подтверждённых наблюдениях, то мы получим нижнюю оценку для ne, равную 0,025.
Однако, с другой стороны, в случае наблюдения нашей Солнечной системы с расстояний, сравнимых с теми, на которых телескоп «Кеплер» произвёл большую часть своих открытий, наша собственная система, скорее всего, была бы оценена, как состоящая из Солнца, Юпитера и Сатурна, поскольку все остальные планеты было бы весьма трудно технически или затратно по времени зарегистрировать.
Исходя из вышесказанного, можно предположить, что в дальнейшем, на фоне работы проекта «Кеплер» и его последователей, оценка параметра ne будет постепенно расти. В настоящий момент времени большинство исследователей по-прежнему отводят для ne весьма широкий диапазон значений: от 0,05 до 2.
Дальнейшие три параметра формулы Дрейка fl, fi и fc — которые, соответственно, характеризуют вероятности возникновения жизни, возникновения разума или потребности в осуществлении контакта возникшей цивилизацией уже являются достаточно спекулятивными величинами.
Даже первая, наиболее простая к оценке величина, вероятность возникновения жизни fl, является уже достаточно сложной в оценке. Всё дело в том, что на сегодняшний день мы располагаем лишь одним объектом, который достоверно и достаточно подробно рассказывает нам о возникновении и развитии сложной органической жизни — это наша собственная планета Земля.
Все другие концепции о возникновении или развитии ксеножизни так или иначе базируются на массе неявных предположений, которые принимают — либо же отрицают те или иные факторы, как существенные для возникновения и существования сложной жизни на протяжении достаточно длительного периода времени.
И тут, кстати, в рамках объективных, а не спекулятивных исследований, нам очень бы помог наш собственный кандидат, находящийся в «Зоне Златовласки» — с виду пустой и холодный сегодня Марс.
На сегодняшний день, исходя из исследований, уже неоднократно проведенных в рамках нескольких автоматических миссий на Марс, ясно, что никакой сложно органической жизни на Марсе сегодня нет.
Уже сам этот факт вполне ограничивает параметр fl значением 0,5, хотя сам Дрейк считал, что жизнь всегда возникает в подходящих для неё условиях и полагал, таким образом, что fl=1.
С другой стороны, наличие на Марсе даже слабых следов зародившейся, а потом внезапно погибшей жизни, позволит нам гораздо полнее понять уникальность нашей собственной вселенской судьбы, выраженной в интересной гипотезе «уникальности Геи» и, как ни странно, позволит нам значительно поднять нижнюю границу параметра fl.
Если на Марсе, например, найдут остатки строматолитов, которые господствовали на Земле целых 2 миллиарда лет и живы и до сих пор — это позволит точно сказать, в чём состоит уникальность Земли.
Положение Земли и всей Солнечной системы в чём-то уникально, исходя из тех фактов, которые уже накоплены человечеством. Спиральные витки галактики содержат много массивных звёзд, которые заканчивают свой жизненный путь в виде сверхновых. Близкий взрыв сверхновой и её гамма-радиация, как считается, делает высшие формы жизни невозможными и значительно затрудняет восстановление погибших низших жизненных форм. Наша Солнечная система находится на особенной орбите внутри Млечного Пути: она является почти идеальной окружностью среднего радиуса, на которой звёздная система движется с такой же скоростью, что и гравитационные ударные волны, формирующие спиральные витки нашей Галактики.
Солнце и Земля пребывала между спиральными витками Галактики на протяжении последних нескольких сотен миллионов лет, или же свыше тридцати полных галактических оборотов, то есть практически всё время, пока на Земле существуют высшие формы жизни.
Мы — в центре голубого шарика, между галактическими спиральными рукавами Стрельца и Персея. Да и, кстати, внутрь этого шарика попадает 90% видимых нами отдельных звёзд. Другой возможный необходимый и уникальный элемент нашего окружения — это наша Луна. Популярная гипотеза раннего гигантского столкновения утверждает, что наш естественный спутник, столь непохожий на спутники Марса, сформировался вследствие редкого столкновения ещё молодой Земли с другой планетой, двигавшейся по схожей орбите. Гипотетическая планета размером с Марс, условноназванная Тейя, примерно около 4,45 миллиардов лет назад «догнала» Землю, выйдя из удобной и безопасной точки Лагранжа позади Земли на её же орбите. При этом важно, что столкновение двух протопланет с образованием молодой Луны произошло в такой, весьма маловероятной ситуации — оно должно было случиться лишь под определённым углом: прямой угол уничтожил бы Землю, более же пологий угол столкновения привёл бы к тому, что Тейя просто бы отрикошетила от Земли, при этом не создав из осколков столкновения массу обломков, которые и образовали молодую Луну на низкой околоземной орбите.
Согласно всем астрономическим расчётам, именно последующие сильные приливы, вызванные близкой к Земле молодой Луной, стабилизировали земную ось: без влияния Луны колебания земной оси, как и у других, «безлунных» (Меркурий, Венера) или же «малолунных» планет (Марс) были бы намного больше и привели бы к громадным изменениям климата, которые могли регулярно уничтожать развивающуюся жизнь или же откатывать её назад к простым формам.
Кроме того, лунные приливы, вероятно, произвели первоначальный разогрев земного ядра, которое позволило Земле за счёт громадной динамо-машины, заработавшей внутри Земли, обзавестись сильным магнитным полем, которого нет у Меркурия, Венеры или Марса. Это позволило существенно ослабить влияние солнечного ветра, который однозначно бы негативно воздействовал на развитие жизни на Земле.
«Кеплер» перед запуском на орбиту.
Однако здесь, в вопросах уникальности Земли, нам также сможет помочь уже упомянутый космический телескоп «Кеплер»: согласнопоследним расчётам, он сможет с помощью дополнительных компьютерных программ и обработки данных обнаруживать даже спутники открытых экзопланет, при условии того, что их масса составит не менее 0,2 массы нашей Земли.
Конечно, это пока ещё не Луна, которая меньше Земли в 81 раз, но уже просто неверояно, особенно, если учесть то, что «Кеплер» сможет это делать на расстояниях до 500 световых лет.
В 2002 году американские учёные Чарльз Лайнвивер и Тамара Дэвис оценили параметр fl как >0,13 для планет с более чем миллиардом лет существования в случае попадания их в «Зону Златовласки», в основном, понятное дело, базируясь на основе истории жизни на самой Земле. Лайнвивер в своей более поздней работе 2004 года также определил, что лишь около 10% звёзд в нашей Галактике пригодны для жизни с точки зрения наличия тяжёлых элементов, удаления от спиральных рукавов и характерных для них сверхновых и достаточно стабильны по строению. Такие звёзды не слишком массивны для того, чтобы быстро «перегореть» в новую, но и не слишком лёгкие и холодные, так как в этом случае «Зона Златовласки» оказывается очень близко к центральной звезде, очень узка и порождает, кроме того, за счёт сильных приливных сил материнской звезды весьма специфические условия на планете, на которой принципиально может возникнуть жизнь.
В принципе, если сложить ограничения двух работ, то получится, что fl должно даже в самом худшем случае всё равно быть >0,013 — в 1,3% от всех возможных вариантов и сочетаний «звезда+планета» на искомой планете в зоне обитаемости всё равно возникает жизнь.
Ширина обитаемой зоны звезды в зависимости от её температуры в рамках главной последовательности. Чем холоднее и меньше звезда (а это условие соблюдается на главной последовательности строго) — тем ýже зона обитаемости.
Однако, все эти расчёты и исследования, как я уже упомянул, страдают изрядной долей спекулятивности — например, спутник Юпитера Европа, как полагают, имеет под внешней коркой льда достаточно глубокий водный и сильно разогретый за счёт приливных сил Юпитера подлёдный океан, глубины которого весьма напоминают глубины земных океанов. Существование же на Земле экстремофилов, таких, как тихоходки, делает существование жизни на Европе вполне возможным, несмотря на то, что Европа находится по всем параметрам вне расчётной обитаемой зоны Солнечной системы.
Интересно, что из тех звёзд в нашей Галактике, которые удовлетворяют условиям Лайнвивера, около 75 % оказываются старше нашего Солнца, что очень интересно в рамках нашего дальнейшего рассказа.
В целом же, на сегодняшний день параметр fl обычно принимают в диапазоне от 0,013 до 1, что свидетельствует о том, что жизнь, в общем-то, оказывается достаточно распространённым явлением: единожды возникнув, она в большинстве случаев не хочет умирать — даже история самой Земли, наполненная засухами и наводнениями, извержениями вулканов и столкновениями с астероидами, оледенениями и прочими экологическими катастрофами, тем не менее уверенно, раз за разом, восстанавливает себя после самых жутких, казалось бы — смертельных для всей биосферы катастроф.
Все предыдущие массовые вымирания на Земле, судя по всему, имели чисто биогенную природу: одна жизнь за счёт своей лучшей организованности просто убивала другую, более старую жизнь. Не исключение из этого правила нынешнее вымирание, вызванное уже человеком. Следующий параметр из формулы Дрейка — это вероятность возникновения разумной жизни на планете, fi.
С одной стороны, начав рассужать о параметре fi мы вступаем на совсем уж тонкий лёд, поскольку на сегодняшний день, даже приняв во внимание «условно-разумных» дельфинов и шимпанзе, а также помяную безвременно усопшего неандертальца, мы можем говорить только об одном известном нам разумном виде — Homo Sapiens Sapiens, известном ещё под именем «человек».
Что, в общем-то, тут же помещает нас в смысловые кандалы «антропного принципа»: волей-неволей мы приписываем разум и разумные поступки существам, по факту эволюционировавшим в совершенно иных условиях, возможно — в разительно несхожих с условиями нынешней или исторической Земли.
Например, как вариант, разум вполне может возникнуть и как некий распределённый механизм, схожий с предразумом муравейника или улья, характерным для общественных насекомых.
Что уже, в общем-то, породило и соответствующий пласт чисто научных карикатур на вопрос, заданный в парадоксе Ферми:
«Чёрт, мы обшарили все эти грёбанные плитки в поисках феромонов! Если бы тут была разумная жизнь, мы бы её уже точно нашли!»
Первая разумная муравьиная колония, пытающаяся найти нас.
В любом случае, исходя из принципиальных особенностей жизни и из нашего собственного эволюционного опыта, скорее всего, стоит ожидать, что любая разумная жизнь на протяжении достаточно большого промежутка времени нарастит своё использование энергии до того уровня, чтобы стать заметным уже в галактических масштабах и, попутно, будет идти по пути постоянного развития своих цивилизационных возможностей и пространственной экспансии.
Ученые, занимающиеся проблемой поиска внеземного разума (SETI) так и классифицируют цивилизации — по их способности генерировать и использовать энергию.
Цивилизации типа I (пусть даже это будут и разумные муравьи с Тау Кита) генерируют энергию в объемах, примерно равных объемам энергии, получаемой их планетой от своей звезды, а цивилизации типа II уже оперируют порядками энергии, сравнимыми с энергией излучаемой их собственной центральной звездой.
В рамках этой классификации человечество относится к «типу 0,7» — на Земле сегодня вырабатывается по логарифмической шкале лишь 0,7 от количества энергии, необходимого, чтобы называться цивилизацией типа I.
Сегодня, исходя из астрономических и астрофизических наблюдений уже можно с уверенностью сказать, что цивилизаций типа I нет в радиусе 10 000 световых лет от Земли, а цивилизаций типа II — нет не только в пределах нашей Галактики, но и в сопредельных с нашей галактиках, составляющих с нею единое галактическое скопление.
Предположительно, при совершенствовании техники наблюдений, эти пределы будут расширяться и далее.
Вторым интересным атрибутом разумной жизни, как я уже упомянул, является неистребимая тяга к освоению новых простанств. При этом, в общем-то, не суть важно, занимается ли разумная жизнь тем, что посылает к звёздам колонистов, замороженные яйчеклетки — или же колонии дронов-репликаторов. Речь идёт об экспоненте данного процесса:
За сколько времени разумная цивилизация может колонизировать всю Галактику? Ответ: хватит всего лишь 5 миллионов лет.
Даже сегодня человечество уже имеет все технологии и необходимые мощности, чтобы построить громадные «корабли поколений», которые могут спокойно, на скорости всего в 0,01c (3000 км/секунду) за 500 лет долететь до ближайших с нами звёзд.
Даже не учитывая будущий прогресс, эту колонизацию можно повторять шаг за шагом, и уже на 7500-й итерации данного процесса выйти на границы нашего громадного Млечного Пути.
Промежуток времени в 5 миллионов лет, громадный для нас сегодня — краткий миг в жизни Галактики. Цивилизацию, которая бы смогла гипотетически сделать такой рывок в пространственной экспансии, называют ещё иногда «цивилизацией типа III», подразумевая то, что она способна в одиночку воспользоваться ресурсами всей нашей Галактики.
Кроме того, напомню, 75% подходящих для возникновения жизни звёзд гораздо старше нашего Солнца, что делет наблюдаемую нами картинку ещё более загадочной: многие разумные виды могли возникнуть на планетах, способных к зарождению жизни, за миллиарды лет до того, как вымерли динозавры на Земле:
Сравнение Земли и гипотетической ранней планеты Х: фора в 3,46 миллиарда лет на фоне 5 миллионов лет экспансии на всю Галактику.
И вот тут-то у нас и возникает тот самый возглас Ферми: «Где же они, чёрт возьми?!»
Ведь, если в формуле Дрейка подставить весьма скромные параметры fi (разумности) и fс (желания цивилизации осуществить контакт), сегодня гипотетически принимаемые на весьма скромном уровне в 0,01, то итоговое значение количества цивилизаций N в формуле Дрейка всё равно будет очень большим: сказывается громадный возраст нашей Галактики даже в условиях, весьма отличных от нынешних (для большинства звёзд, пригодных для поддержания жизни по критериям Лайнвивера, этот возраст составляет около 8 миллиардов лет).
Это знаковое событие
