jak daleko możemy wykryć, że Ziemia ma życie?

Domyślam się, że planety żyjące są zbyt daleko od siebie, aby można je było wykryć. Myślę, że możemy znaleźć tylko te w kuli wokół naszej planety, która ma średnicę 100 lat świetlnych, ale podejrzewam, że planety żyjące mogą znajdować się znacznie dalej.

Chciałbym oszacować średnicę kuli, w której moglibyśmy wykryć życie na innej planecie, a następnie oszacować prawdopodobieństwo istnienia życia w tej kuli.

Na przykład, podaj naszej obecnej technologii, jaka odległość jest najdalej w stanie wykryć życie na Ziemi? Ile gwiazd, takich jak nasze Słońce, znajduje się w tej kuli? Ile czasu zajmie SETI wykluczenie każdej z tych gwiazd?

Zależy od tego, co masz na myśli, wykrywając życie. Jak wyjaśniono w tym poście Randall Munroe , glony na ziemi powiedzą o nas kosmitom, zanim będziemy mogli powiedzieć im o nas.

Jeśli weźmiesz pod uwagę obecność ciekłej wody lub obecność jako wykrywającego życie, wówczas takiego wykrycia można dokonać, badając spektrum planet pozasłonecznych, pomiary, które możemy obecnie wykonać. Najdalsza odkryta dotąd planeta pozasłoneczna znajduje się w odległości 27 700 lat świetlnych . Częściową odpowiedzią na twoje pytania byłoby więc zbadanie spektrum każdej planety pozasłonecznej znalezionej w strefie zamieszkiwanej przez okołogwiezdne ziemie w celu znalezienia śladów charakterystycznych oznak życia. Obecnie mamy technologię pomiaru widma odbicia optycznego planety pozasłonecznej, na przykład VLT ESO , Obserwatorium Gemini i przyrząd OSIRIS na GTC$O_2$ale nie wiem, czy SETI ma taką możliwość. Możesz dalej spojrzeć na pracę dr Sary Seager .

Odłożyłem odpowiedź na to pytanie, ponieważ wydaje się zbyt szerokie, nie określając, jakie metody wykrywania są proponowane. Ale jeśli odpowiesz na nie bezpośrednio z perspektywy - gdybyśmy wzięli Układ Słoneczny i umieścili go w pewnej odległości od nas, czy bylibyśmy w stanie wykryć oznaki życia na planecie Ziemia - odpowiedź prawdopodobnie nie jest.

Stosując obecną technologię (a przez to rozumiem eksperymenty i teleskopy, które są teraz dostępne), prawdopodobnie nie bylibyśmy w stanie wykryć życia na Ziemi, nawet gdyby były obserwowane z odległości kilku lat świetlnych. Dlatego w tej kuli nie ma gwiazd (innych niż Słońce).

1. Wokół innej gwiazdy nie wykryto jeszcze planet podobnych do Ziemi. Innymi słowy, żadna z nich nie ma podobnej masy, promienia i orbity w odległości 1 au (lub blisko niej) od gwiazdy typu słonecznego [EDYCJA: W Kepler-452b jest oczywiście bliska rywalizacja, chociaż jest to 60 % większy niż Ziemia; Jenkins i in. 2015. ]. Dzięki obecnej technologii jest już w zasięgu ręki. Dlatego każde ukierunkowane poszukiwanie życia na Ziemi ma ograniczoną liczbę miejsc, od których można zacząć. Jeśli nie można wykryć planety w ogóle to nie ma absolutnie żadnych szans na patrząc na jego składu atmosfery w poszukiwaniu biomarkerów (np tlen wraz z gazu redukującego jak metan czy chlorofluorowęglowodorów od cywilizacji przemysłowej - Lin i wsp 2014.). Jedynymi egzoplanetami, dla których (atmosferycznie i wstępnie) zmierzono kompozycje atmosferyczne, są „gorące Jowisze”. - gigantyczne egzoplanety krążące bardzo blisko swoich gwiazd macierzystych.

2. „Ślepe” wyszukiwanie może szukać sygnatur radiowych i oczywiście to właśnie robi SETI. Jeśli mówimy o wykryciu „Ziemi”, to musimy założyć, że nie mówimy o celowych próbach komunikacji za pomocą promieniowania, a zatem musimy polegać na wykrywaniu przypadkowych „rozmów” radia i przypadkowych sygnałów generowanych przez naszą cywilizację. Projekt SETI Phoenix był najbardziej zaawansowanym poszukiwaniem sygnałów radiowych z innego inteligentnego życia. Cytując Cullers i in. (2000) : „ Typowe sygnały, w przeciwieństwie do naszych najsilniejszych sygnałów, spadają poniżej progu wykrywalności większości badań, nawet jeśli sygnał miałby pochodzić z najbliższej gwiazdy ”. Cytowanie z Tarter (2001) : „Przy obecnych poziomach czułości ukierunkowane wyszukiwania mikrofalowe mogą wykryć równoważną moc silnych nadajników telewizyjnych w odległości 1 roku świetlnego (w obrębie której nie ma innych gwiazd) ... ”. Niejednoznaczność w tych stwierdzeniach wynika z faktu, że możemy zrobić emitować silniejsze belki sygnały w pewnych ściśle określonych kierunkach, na przykład do prowadzenia metrologii w układzie słonecznym za pomocą radaru. Takie sygnały zostały obliczone być obserwowalne ponad tysiąca lat świetlnych lub więcej. Ale te sygnały są krótkie, rozpromienił się w produkt bardzo wąski kąt i mało prawdopodobne, że się powtórzy. Miałbyś szczęście mieć obserwację we właściwym kierunku we właściwym czasie, jeśli przeprowadzałeś ukierunkowane wyszukiwania.

Stąd moje twierdzenie, że przy obecnych metodach i teleskopach nie ma dużych szans na sukces. Ale oczywiście postęp technologiczny i w ciągu następnych 10-20 lat mogą pojawić się lepsze możliwości.

Pierwszym krokiem w ukierunkowanym poszukiwaniu byłoby znalezienie planet takich jak Ziemia. Pierwszą dużą szansą będzie wystrzelenie w 2017 roku statku kosmicznego TESS , zdolnego do wykrywania planet wielkości Ziemi wokół najjaśniejszych 500 000 gwiazd. Jednak jego dwuletnia misja ograniczyłaby zdolność wykrywania analogu ziemskiego. Najlepszy zakład na znalezienie innych Ziem pojawi się później (być może w 2024 r.) Wraz z uruchomieniem Platona, sześcioletnia misja, która ponownie bada najjaśniejsze gwiazdy. Jednak do przeprowadzenia badań atmosfery tych planet potrzebny jest duży krok naprzód. Bezpośrednie obrazowanie i spektroskopia prawdopodobnie wymagałyby kosmicznych interferometrów zerujących; pośrednie obserwacje efektów fazowych i spektroskopii transmisyjnej w atmosferze egzoplanetowej nie wymagają dużej rozdzielczości kątowej, a jedynie ogromnej precyzji i obszaru gromadzenia. Spektroskopia czegoś wielkości Ziemi wokół normalnej gwiazdy będzie prawdopodobnie wymagać większego następcy Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba ( JWST - premiera 2018 r.) Lub nawet więcej powierzchni zbierającej niż E-ELT w następnej dekadzie. Na przykład Snellen (2013) twierdzi, że zajęłoby 80–400 tranzytów czasu ekspozycji (tj. 80–400 lat!), aby wykryć sygnał biomarkera analogu Ziemi za pomocą E-ELT!

Sugerowano, że nowe projekty i technologie radioteleskopów, takie jak tablica Kilometrów kwadratowych, mogą być w stanie nieoczekiwanie wykrywać „gadanie” radia na odległości 50 szt. ( lat świetlnych) - patrz Loeb i Zaldarriaga (2007) . Ta tablica, która ma rozpocząć pełną operację jakiś czas po 2025 r., Może również monitorować wiele kierunków jednocześnie pod kątem sygnałów wiązki. Dobry przegląd tego, co może być możliwe w najbliższej przyszłości, podają Tarter i in. (2009) .$\sim 150$

Trudno mi odpowiedzieć na to pytanie, metoda wykrywania ma kluczowe znaczenie dla tego, jak daleko możemy wykryć. Są dwie prawdopodobne metody, o których myślę, jedna lepsza od drugiej. Pierwsza metoda obejmuje prędkość światła i naszą produkcję fal. Drugi dotyczy tego, jak dostosowaliśmy naszą atmosferę.

Nasza produkcja fal (radio) rozpoczęła się pod koniec XIX wieku, jeśli użyjemy punktu odniesienia, powiedzmy 1900; transmitujemy od 115 lat, z prędkością światła gatunek, który znajduje się w odległości nie większej niż 115 lat świetlnych, mógłby nas wykryć. Stąd pomysł programu SETI, jak zasugerował Rahul, z zamiarem samodzielnego nadawania.

Najlepszą metodą, jaką widzę, działającą dla ludzi w poszukiwaniu innych, jest zatrucie atmosferyczne. W naszej atmosferze są określone węglowodory, które, jak się uważa, są wytwarzane wyłącznie przez człowieka, jeśli myślimy w ten sposób, prawdopodobne jest, że wykryjemy również zatrucie atmosferyczne wokół egzoplanety. Wykrywanie tlenu po prostu nie jest wystarczające, ponieważ nie wskazuje na to, że życie istnieje, tlen może być wytwarzany naturalnie w ograniczonych ilościach, jakie można znaleźć w innym miejscu w Układzie Słonecznym, jednak w celu utrzymania form życia opartych na węglu, takich jak my, musiałoby być znaczną obfitość. Wykrywanie zanieczyszczeń jest bardziej logicznym sposobem na wykrycie wykrycia. Jeśli jesteśmy w stanie wyprodukować pierwiastki, których naturalnie nie znaleziono, jest to wyraźne wskazanie, że gatunek je tam umieścił. Zależy to również od prędkości światła, jednak zanieczyszczenia wywołane przez człowieka istniały w erze przedfalowej i musiały dłużej przepuszczać światło niż nasza produkcja fal. Minusem jest metoda wykrywania zanieczyszczeń, obecnie jako ludzie polegamy na użyciu gwiazdy z przelotową planetą w celu ustalenia składu, lub mniej precyzyjnie danych widma (co nie wskazuje na materiał atmosferyczny).

Innym punktem widzenia jest skala Kardasheva , można powiedzieć, że dysponujemy technologią pozwalającą ustalić tę odpowiedź na podstawie zużycia energii. Gdybyśmy mogli wykryć ogromne pole grawitacyjne i brak pozornego źródła energii, energia mogłaby zostać z łatwością zebrana przez inny gatunek; takie jak kula Dysona. Uważam, że takie wykrycie byłoby zbyt łatwe do przeoczenia, ponieważ nie jest to coś, czego nasz gatunek aktywnie poszukuje. Chociaż jest to bardziej uzasadnione dla teoretycznego wykrywania, inny gatunek może być w stanie wykryć zużycie energii na naszej planecie, poprzez oświetlenie naszej planety i atmosfery wraz ze wzrostem temperatury powierzchni.

Uważam, że co do interferencji człowieka możemy patrzeć w zakresie 100-150 lat świetlnych. Jeśli chodzi o wykrywanie życia w ogóle, nie wyobrażam sobie epoki przedmodernistycznej, gdyby istniał prosty sposób na ustalenie, że życie istniało, gdyby spojrzeć na to z innego miejsca, poza tym, że mieliśmy stabilny system zawierający ciekłą wodę i tlen atmosferyczny.

Możemy być zbyt zależni od przedstawienia argumentu z naszego punktu widzenia, że ​​są to formy życia oparte na węglu, jeśli inny gatunek zaawansowany lub więcej niż my nie był oparty na węglu, może równie dobrze być, że szukają innych wskazań bardziej zlokalizowanych dla ich własnego gatunku , w ten sam sposób szukamy wskazań, w których wyobrażamy sobie, że się wykrywamy.

EDYCJA: zgodnie z prośbą Rob Jeffries; NIE, zastosowanie fotometrii tranzytowej przy użyciu dzisiejszej obecnej technologii nie jest jeszcze możliwe. Na 1lyZiemi pojawi się jako 2.776*10^-4″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^12)lub 2.776mas, co jest możliwe dzięki bardzo dużemu teleskopowi ESO, który ma rozdzielczość kątową zdolną do obrazowania w milisekundach. Na 10lyZiemi pojawi się jako 2.776*10^-5″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^13)lub 277.6μas, możliwe po ukończeniu układu teleskopu Czerenkowa, który ma rozdzielczość kątową zdolną do obrazowania w mikrosekundach. Chociaż Cherenkov Telescope Array, jest ograniczona do 100μasco 400nmi nie mógł obrazu 1μas, w tym wyższy poziom To jesteśmy Imaging 100ly. Gaia sonda może rozwiązać się do20μasjednak nie jest w stanie obrazować na tym poziomie. Centrum badawcze NASA Ames demonstruje zdolności rozdzielczości aż do 5μaspróby rozwiązania problemu 1μas, jednak znowu nie jest to rozdzielczość obrazowania. W przypadku fal radiowych naprawdę nie wspomniałem o odwrotnym prawie kwadratowym i degradacji fal. Dla nas, ludzi, tak, możliwe jest kilka lat świetlnych z królestwem możliwości, które otwierają się za pomocą Tablicy Kilometrów Kwadratowych .

Jeśli chcesz, żebym wycofał mój zgadywanie po raz pierwszy, fotometria zanieczyszczeń i tranzytu jest w rzeczywistości możliwa przy użyciu dzisiejszej technologii wewnątrz 1ly, na równi z istniejącymi odbiornikami radiowymi wewnątrz 1yr. Jeśli odstraszysz od faktu, że nowe instrumenty nie są jeszcze zbudowane, możesz znacznie to zwiększyć 100ly, tylko dlatego, że coś nie jest zbudowane, nie powoduje, że technologia nie istnieje (Czy technologia SKA jest wykonalna? Tak, mamy technologia, która sprawi, że tak się stanie teraz, po prostu tego nie zrobiliśmy. To nie oznacza, że ​​nie ma technologii).

Seti Home opublikował odkrycie pierwszej planety wielkości Ziemi wykrytej podczas tranzytu. Dalsza publikacja Biblioteki Uniwersyteckiej Cornell twierdzi, że planeta znajduje się w strefie zamieszkałej i sugeruje, że istnieje możliwość posiadania na jej powierzchni atmosfery i ciekłego H2O. Statek kosmiczny Kepler wykrył to odkrycie, na wypadek, gdybyś nie był świadomy, Kepler odwzorowuje krzywe światła, gdy ciało przechodzi przez powierzchnię innego ciała, nazywa się to Tranzytem . Sugerowanie nawet, że ta technologia jeszcze nie istnieje, jest niedorzeczne, jeśli chcesz prawdziwego analogu do Ziemi w takiej postaci, w jakiej już istnieje; 1ly, jeśli chcesz korzystać z technologii możliwej, ale nie wbudowanej; 100ly.