Drake jafnan

Hversu mörg menningarsamfélög gætu verið í Vetrarbrautinni?

Árið 1960 hóf bandaríski stjörnufræðingurinn Frank Drake (f. 1930) fyrstu skipulögðu leitina að lífi utan jarðar. Hann beindi þá 25 metra breiðum útvarpssjónauka í Green Bank í Vestur-Virginíu að stjörnunum τ Ceti í Hvalnum og ε Eridani í Fljótinu en leitin skilaði því miður genum árangri. Ári síðar stóð hann fyrir fyrstu ráðstefnunni um leit að lífi í geimnum, sem fram fór á sama stað og Drake hafði ári áður hlustað eftir lífi. Á ráðstefnuna mættu einungis tíu vísindamenn - stjörnufræðingar, líffræðingar og verkfræðingar - sem allir áttu það sameiginlegt að vera sérfræðingar á sínum sviðum og nánast þeir einu sem áhuga höfðu á efninu. Meðal þeirra sem sóttu ráðstefnuna voru Carl Sagan (1934-1996) og Melvin Calvin (1911-1997), en hann fékk þau tíðindi á ráðstefnunni að hann hefði hlotið Nóbelsverðlaunin í efnafræði.

Jafna Drakes

Þegar Drake fór að leggja línurnar fyrir ráðstefnuna setti hann fram einfalda jöfnu sem getur gróflega áætlað fjölda þeirra menningarsamfélaga í Vetrarbrautinni okkar sem gætu haft samband við okkur. Upp frá því hefur þessi jafna orðið þekkt sem Drake jafnan. Í jöfnunni eru sjö stærðir, og ef við getum áætlað örugglega gildi hverrar stærðar, eins og t.d. fjölda reikistjarna á borð við jörðina í sólkerfum, gætum við fengið ágætis hugmynd um hve mörg samfélög er að finna í Vetrarbrautinni. Stjörnufræðingar hafa ágætis hugmynd um hvernig tengja á gildin, en enn um sinn verða þeir hins vegar að draga ályktanir út frá nokkrum gildum jöfnunnar, því við höfum aðeins eitt fordæmi til að vinna út frá - okkur.

Jafnan fræga lítur svona út:

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

þar sem:

N = fjöldi tæknivæddra menningarsamfélaga sem gætu haft samband við okkur

R_* = fjöldi stjarna á borð við sólina sem myndast í Vetrarbrautinni á ári hverju

f_p = hlutfall stjarna á borð við sólina sem hafa sólkerfi

n_e = fjöldi lífvænlegra reikistjarna í sólkerfinu

f_l = hlutfall lífvænlegra reikistjarna þar sem líf verður til

f_i = hlutfall reikistjarna með lífi þar sem vitsmunalíf þróast

f_c = hlutfall reikistjarna með vitsmunalífi þar sem tæknivædd menningarsamfélög þróast og vilja hafa samband

L = dæmigerð meðalævi slíks tæknivædds samfélags

Drake jafnan mjög einföld í sniðum þar sem hún byggist aðeins upp á margföldun, þótt táknin gætu eflaust virst flókin. Stjörnufræðingar og aðrir hafa reynt að „leysa“ jöfnuna síðan hún kom fram á sjónarsviðið. Við fyrstu sýn gæti skynsamleg áætlun á gildi hverrar stærðar í jöfnunni gefið mjög einfalt svar. En því miður er ekki hægt að meta fjölda tæknivæddra menningarsamfélaga svo auðveldlega. Sum gildi jöfnunnar hafa verið nokkuð vel þekkt síðustu ár, en seinustu þrjú gildin eru enn alveg óþekkt.

Myndun stjarna og reikistjarna í Vetrarbrautinni

Stjörnufræðingar geta áætlað nokkur gildi út frá þekkingu sinni á sólstjörnum og þróun þeirra. Til dæmis eru vísindamenn ágætlega að sér um fyrstu tvö gildin, R_* og f_p.

Við áætlun á R_* er eflaust skynsamlegt að útiloka stjörnur sem eru 1,5 sinnum massameiri en sólin okkar, vegna þess að líftími slíkra stjarna er talsvert skemmri en sá tími sem það tók vitsmunalíf að þróast hér á jörðinni. Lífið kom til sögunnar fyrir um 3,8 milljörðum ára og sé þetta hefðbundinn tími fyrir þróun vitsmunalífs er ljóst að stjarna með 1,5 sólarmassa eða meira er líklega orðin rauður risi eða sprengistjarna áður en vitsmunaverur koma til sögunnar á reikistjörnunni. Dæmigerð ævilengd stjarna sem eru nokkrum sinnum massameiri en sólin nær varla hundrað milljón árum.

Stjörnur með minni massa en sólin hafa lengri líftíma, en þær virðast einnig óhentugar fyrir líf því orkuútgeislunin er lítil. Svo virðist sem einungis reikistjörnur á braut um massalitlar stjörnur séu nægilega hlýjar fyrir líf eins og við þekkjum það. Þá sitjum við uppi með stjörnur sem eru ekki svo frábrugðnar sólinni okkar. Stjörnurnar mega semsagt hvorki vera of svalar né of heitar svo vitsmunalíf nái að þróast. Sumir telja að einungis ein stjarna á borð við sólina myndist að jafnaði í Vetrarbrautinni á ári hverju. Byggist sú ályktun á rannsóknum á stjörnumyndum í stjörnuþokum í Vetrarbrautinni. Við getum þar af leiðandi sagt að gildi R* sé líklega í kringum 1 á ári.

Ef til vill er myndun reikistjarna náttúruleg afleiðing myndunar sólstjörnu. Vísbendingar gefa til kynna að myndun reikistjarna sé nokkuð algeng í Vetrarbrautinni. Margir stjörnufræðingar telja þar af leiðandi líklegt að flestar stjörnur á borð við sólina okkar hafi reikistjörnur, og því getum við áætlað að gildi f_p sé á bilinu 0,5-1.

Lífvænlegar reikistjörnur

Enn sem komið er höfum við ekki úr nægjanlegum upplýsingum að moða til þess að meta önnur gildi Drake-jöfnunnar með nokkurri vissu. Þess vegna verðum við að geta í eyðurnar. Líkurnar á því að í sólkerfi sé reikistjarna á borð við jörðina, sem sé lífvænleg, eru alveg óþekktar. Við gætum litið á okkar eigið sólkerfi og gefið okkur að gildi n_e sé 1. Líkur eru á að þetta sé ofmat og varkárara væri að áætla að við eina af hverjum tíu sólstjörnum, sé ein lífvænleg reikistjarna. Þar með gæti n_e verið 0,1. Byggt á þekkingu okkar á þróun lífsins á jörðinni gætum við áætlað að við viðeigandi aðstæður sé tilkoma lífs eðlileg afleiðing aðstæðna, og því gæti f_l verið 1. Þetta er svið sem líffræðingum og mörgum öðrum vísindamönnum þykir mjög áhugavert.

Viðgetum líka gert ráð fyrir því að myndun lífs myndi náttúrlega leiða af sér vitsmunalíf, og því sagt sem svo að gildi f_i sé 1. Menn greinir hins vegar mjög á um þetta gildi. Það er svo undir hverjum og einum komið að telja hvort tæknivæddar vitsmunaverur myndu reyna að hafa samband við önnur menningarsamfélög í Vetrarbrautinni. Þess ber þó að geta að þótt t.d. Grikkir hafi til forna búið yfir ótrúlegu menningarsamfélagi, höfðu þeir ekki tæknigetuna til að hafa samband við aðrar vitsmunaverur. Hins vegar eru öll tæknivædd menningarsamfélög forvitin - annars væru þau varla tæknivædd - og því myndu þau vafalaust reyna að hafa samband. Það er þess vegna ekki ósennilegt að gildi f_c sé 1.

Í seinasta þætti jöfnunnar, L, þar sem líftími menningarsamfélags er áætlaður, er fólgin stærsta óvissan af öllum. Ef við lítum aðeins á okkur sjálf þá búum við á reikistjörnu þar sem gereyðingarvopnavæddar verur virðast vera komnar nokkuð áleiðis með að menga höfin og lofhjúpinn hættulega mikið. Varla fer vel fyrir slíkum verum og það er því undir okkur komið að koma í veg fyrir sjálfsútrýmingu. Ef við erum hæfilega raunsæ, jafnvel þótt við höfum ekkert til að miða við, getum við sagt að gildi L sé = 10.000 ár.

Lausn?

Að lokum skulum við setja allar hugleiðingar okkar, þ.e. stærðirnar, inn í jöfnuna og þá fáum við

N = 1/ár x 1 x 0,1 x 1 x 1 1 x 10.000 ár = 100

Samkvæmt þessu eru ef til vill ekki til nema 100 tæknivædd menningarsamfélög, sem við gætum haft samband við, umhverfis meira en 100 milljarða stjarna í Vetrarbrautinni. Þetta er vissulega ekki hátt gildi, sér í lagi ef litið er til þess fjölda stjarna sem er að finna í Vetrarbrautinni. Vilji menn hins vegar fá gildið fyrir allan alheiminn má margfalda með 100 milljörðum, en það er gróflega áætlaður fjöldi vetrarbrauta í sýnilegum alheimi.

Aðrir stjörnufræðingar, t.d. Carl Sagan og Frank Drake, voru aðeins bjartsýnni. Áætlanir þeirra gerðu ráð fyrir hundrað þúsund eða milljónum tæknivæddra menningarsamfélaga. Aðrir eru svartsýnni og telja að við séum aðeins ein af tíu tæknivæddum menningarsamfélögum í Vetrarbrautinni og til eru þeir sem telja að við séum einstök.

Okkur hjá Stjörnufræðivefnum þykir líklegt að Vetrarbrautin sé uppfull af lífi, hvort sem það vitsmunalíf eða ekki. Ef það er rétt erum við, sem betur fer, ekki einsömul í Vetrarbrautinni. Hver sem niðurstaðan verður, mun hún hafa mikil áhrif á okkur og viðtekna heimsmynd. Það er vel þess virði að leita.

„Einhver staðar, bíður eitthvað stórkostlegt eftir að finnast.“
- Carl Sagan (1934-1996)

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2006). Drake jafnan. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/stjornuliffraedi/drake-jafnan (sótt: DAGSETNING).