Antropická rrovnice - počet civilizací ve vesmíru (pokrač.)

V minulém článku jsme se zabývali otázkou,  jaký je pravděpodobný počet vyspělých civilizací v naší Místní skupině galaxií, která obsahuje asi 700 miliard hvězd. Nyní  pokračujme.

p5 – podíl hvězd s planetárními systémy, které mají terestrické planety, anebo jejich plynné planety jsou dostatečně vzdáleny od obyvatelné zóny.
Zde se dostáváme k zásadnímu problému dosud objevených exoplanet.
Z celkového počtu 539 exoplanet, které byly zapsány do 31.3.2011, je sice 21 terestrických, ale většinou se nevyskytují v soustavách, kde existují nějací plynní obři (vyjímkou je HD 181433b).
Ti se totiž většinou vyskytují právě v té oblasti, kde v naší sluneční soustavě pobývají kamenné planety, viz předminulý článek , nebo ještě blíže k hvězdě. Takže nutně vzniká domněnka, že v těchto soustavách terestrické planety buď nejsou, nebo jsou hodně vzdáleny od obyvatelné zóny.
Nyní je tedy známo 12 hvězd s kamennými planetami a celkem 450 hvězd s planetami viz (11). .Podíl by byl potom velmi malý .
Tato podmínka se tedy snaží podchytit, že umístění terestrické planety v obyvatelné zóně je navíc podmíněno tím, že v blízké vzdálenosti od ní nemůže být obří planeta, neboť ta by ji buď pohltila, nebo odmrštila pryč působením své gravitace.
  Ze všech známých soustav tuto podmínku splňuje pouze 24 hvězdných soustav, kde se plynní obři přece jen vyskytují v patřičné vzdálenosti od obyvatelné zóny, tedy by zde mohly existovat kamenné planety, které dosud nebyly objeveny.
  Tento podíl = (12+24)/450=0,08.
S ohledem na budoucí objevy  volíme p5 = 0,15

p6 - podíl terestrických planet, které obíhají v obyvatelné zóně slunečních soustav. Lze také říci, že je to pravděpodobnost, se kterou planeta zaujme místo v obyvatelné zóně. Součin Ns * p 6 pak vyjadřuje, že když v soustavě je průměrně 6 planet, je pravděpodobnost 6x vyšší. Za obyvatelnou zónu považuje pramen (3) rozsah 0,95 až 1,37 středního poloměru oběhu Země, excentricitou dráhy se však nezabývá. V katalozích exoplanet jsou však dráhy planet dány hlavní poloosou a excentritou.Proto volíme příznivý rozsah hlavní poloosy 0,95 -1,15 AU pro hvězdy hmotnosti Slunce (1 Ms). Pro menší a větší hmotnosti hvězd se tento rozsah úměrně zmenšuje nebo zvětšuje. Přijatelná excentricita dráhy bude vedena jako p7. Ta potom obyvatelnou zónu rozšíří na 0,85-1,15 AU. Vzdálenost Země od Slunce je 1 AU, obyvatelná zóna má tedy šířku 0,3 AU. Celá zóna je potom od 0,1 AU ( Merkur ja 0,387 AU) od Slunce až po Neptun 30,07 AU; tedy 29,97 AU.Tedy p 6 = 0,3 / 29,97 = 0,01.U sluncí jiných velikostí budou platit jiné vzdálenosti, ale jedná se o poměrné vyjádření. Někteří autoři uvádějí podstatně užší obyvatelnou zónu, např. Hart (5) uvádí přijatelný rozsah pouze - 5% až +1% s ohledem na možné globální zamrznutí během a po dobách ledových (sníh odráží podstatně více paprsků než horniny a zeleň rostlin).

p7 - podíl terestrických planet s příznivou excentricitou oběžné dráhy.
To je rovněž důležité pro udržení stálé teploty.
U planet naší soustavy je excentricita jejich dráhy v rozsahu od 0,007 (u Venuše) až po 0,206 (u Merkura). Země má 0,017. Ostatní známé kamenné planety mají excenricitu od nuly do 0,48 (plynní obři mívají i mnohem více). Příznivý rozsah volíme tedy do 0,15 a celkový reálně možný 0,5.
Volíme p7 = 0,15 / 0,5 = 0,3.

p8 - podíl planet s přijatelným sklonem osy.
V naší soustavě mají planety sklon osy rotace od 2° do 90°, Země má 23,5°.
To má ten význam, že sluneční paprsky dopadají na pól v době polárního dne pod úhlem, který je odvozen právě od tohoto sklonu. Podíl energie, která dopadá na pól a na rovník je 0,4 podle pramene (9).
Pokud by sklon byl 0°, tento podíl by byl rovněž nulový. Pokud by byl úhel sklonu osy velký, sluneční paprsky by na pól v době polárního dne dopadaly asi pod takovým úhlem, jako dnes na Saharu v poledne, tzn. uvedly by v létě vodu do varu, zatímco na opačném pólu by byl neskutečný mráz.
Tedy předpokládáme, že příznivý rozsah je 10° - 45° a možný rozsah je 0° – 90°.
Potom p8 = 35 / 90 = 0,389.

p9 - podíl planet s příznivou dobou otáčení.
Doba jednoho otočení Saturnu je 10 hodin, Země a Marsu 24 hodin, zato den na Venuši trvá 117 našich dní. Z toho je vidět, že rychlost rotace je v podstatě nahodilá, i když planety, obíhající velmi blízko centrální hvězdy, mohou jí být ovlivněny natolik, že se dostanou do vázané rotace; ale to se netýká obyvatelné zóny u hvězd třídy G. Ale určitě se to týká bílých trpaslíků, u nichž je obyvatelná zóna podstatně blíž, proto jsme je při hledání nejvyšších forem života vyloučili..
Pomalá rotace má za následek přehřívání povrchu během dne a tedy nemožnost vzniku vyšších forem života. Den na Měsíci trvá 27,3 našich dní a teplota se tam pohybuje od -150° C do +130° C, i když je v obyvatelné zóně. Proto kosmonauti, kteří tam přistáli, si vybrali oblast, kde právě svítalo.
Příznivá oblast by tedy mohla být 0,5 až 2 dny, možný rozsah je 0,4 až 117 dní.
Potom p9 = 1,5 / 116,4 = 0,0129.

p10 - podíl planet s přijatelnou hmotností.
Malá hmotnost planety neudrží atmosféru (Mars, Měsíc), velká způsobí vysokou hustotu atmosféry, špatný průchod světla (vzduch není bezbarvý ale namodralý v silnější vrstvě), přehřívání vzduchu.
Velká přitažlivost také zabrání vzniku pohoří, celá planeta pak může být pod vodou. Příznivá hmotnost = 0,5 až 12 hmotností Země; možná hmotnost je 0,3 až 40 hmotností Země.
Proto p10 = 11,5 / 39,7 = 0,29.

p11 - podíl planet, kde je voda přítomna ve vhodném množství.
Bez vody je život nepředstavitelný, navíc jsou oceány obrovskou zásobou energie, která stabilizuje teplotu.
Ve vesmíru není o vodu nouze, ale jde o množství. V naší soustavě je to jedině Země. Merkur a Venuše nepadají v úvahu kvůli teplotě, Mars je téměř bez vody a přitom je tam obrovské jezero hluboké 180 km, na Plutu, Neptunu a Uranu je zase objem vody obrovský. Takové množství vody by znamenalo neexistenci pevniny.
Volíme p 11 = 1 / 4 = 0,25.

p12 - podíl planet s přijatelnou koncentrací solí ve vodě. >
Mořská voda obsahuje 3,5% solí, ale v Mrtvém moři je asi 30% solí, což znemožňuje jakoukoli vyšší formu života. Také jsou nežádoucí jedovaté soli (na Venuši prší kyselina sírová, atmosféra na Saturnově měsíci Titanu zase obsahuje jedovatý kyanovodík).
Předpokládejme tedy příznivý obsah do 6% a reálný možný do 30%.
Potom p12 = 6 / 30 = 0,2.

p13 - podíl planet s vnitřním vytápěním.
Země je ve svém nitru rozžhavena v důsledku rozpadu radioaktivních izotopů, zejména draslíku. To umožňuje deskovou tektoniku, která, podle Warda a Brownleeho (8) funguje jako obrovský termostat, který také reguluje množství CO2 v atmosféře. Kdyby nebylo této činnosti, neexistovaly by pevniny a Země by byla pokryta rovnoměrnou vrstvou vody 3 km silnou.
Existují doklady o opakovaném globálním zamrznutí Země před 750 až 580 milióny roků. To není normální doba ledová, ale totální zamrznutí. Tehdy se tím značně zvýšila odrazivost slunečních paprsků od Země, ale současně se snížilo vyzařování vlastního tepla planety do prostoru. Tak došlo k přehřátí magmatu a následnou sopečnou činností vznikl opět skleníkový efekt v podobě CO2, vodní páry, kouře atd., který způsobil roztání sněhového příkrovu. Kdyby toho nebylo, možná ještě dnes by Země by vypadala jako krásná velká sněhová koule. Proto považujeme toto vnitřní vytápění za nezbytnou podmínku pro udržení dlouhodobé teplotní stability a tím i vznik nejvyšších forem života.
Volíme odhadem p13 = 1 / 5 = 0,2.

p14 - podíl kamenných planet s významným obsahem železa nebo niklu.
Je to nutné pro vytvoření magnetického pole, které chrání živé organismy před slunečním větrem.
Podíl je určen podle složení a rozdělení planetek: železokamenné, uhlíkové a křemičité.
Tedy p14 = 1 / 3 = 0,333.

p15 - podíl planet s tuhým železným jádrem a tekutým železným pláštěm.
Tuhé železné jádro je také nezbytnou podmínkou pro vznik vyšších forem života. Tuhé železo, kolem kterého proudí částečně roztavené železo, vytváří magnetické pole, které chrání planetu před slunečním větrem.
Tuhé železo je nutné, protože tekuté není magnetické. Nikl je také magnetický, ale vzácný; magnetický je také tuhý vodík, ale ten je pouze v chladných plynových planetách. V obyvatelné zóně se vyskytovat nemůže.
Odhadem volíme p15 = 1 / 4 = 0,25.

p16 - podíl kamenných planet s velkým měsícem.
Měsíc umožnil přechod života z moře na pevninu (příliv a odliv), pohyb vody v oceánech vyrovnává teplotní rozdíly, jeho přitažlivost pomáhá ke vzniku větru, který přenáší vodu na pevninu. Tento vliv příliš nepociťujeme, protože se nacházíme až na samém dně vzdušného oceánu, který sice nemá zřetelnou hladinu, ale má různé vrstvy, kde vanou neustále silné větry.
Také stabilizuje sklon zemské osy a zdá se, že to je hlavní význam Měsíce.
To znamená, například, že v Africe poblíž rovníku je už několik miliónů let velmi příjemné prostředí, takže primáti tam mohou spokojeně vegetovat.
Ale kdyby se poloha zemské osy mohla libovolně měnit, občas by se třeba mohlo stát, že by pár miliónů let směřovala přímo ke Slunci, takže na jednom pólu by veškerá voda vyvřela, na opačné by bylo několik km ledu a -200°C, zatímco na rovníku by byl polární den. Bakteriím by to snad nevadilo...
Měsíc také pomáhá pohybu tekuté vrstvy železa vůči tuhému jádru, čímž vznikl zemský magnetizmus, který chrání živé organismy před slunečním větrem.
Z našich sousedů má měsíce jen Mars, ale jejich velikost je nepatrná.
Volíme tedy velmi optimistickým odhadem p16 = 1 / 4 = 0,25.

p17 - podíl planet s teplým startem.
Někteří autoři ještě rozlišují (6), zda kamenná planeta vznikla už v obyvatelné zóně (teplý start), nebo vznikla v chladnější zóně a teprve později se do obyvatelné zóny dostala. Taková však nemá zajištěnu teplotní stabillitu po dostatečně dlouhou dobu, která je nutná pro vývoj vyspělých civilizací.
"Planety teplého startu jsou lepší kandidáti na vývoj života, než planety studeného startu", píše T.E. Morris.
Předpokládejme, že tři ze čtyř kamenných planet této podmínce vyhoví.
Tedy p17 = 3 / 4 = 0,75.

p18 - podíl kamenných planet s příznivým složením atmosféry a vody v mořích.
Složení atmosféry se mění v průběhu existence planet a obsah solí v mořské vodě se mění i místně. Nemůžeme se však domnívat, že jejich složení může být pro vznik a vývoj života libovolné. Když Stanley Miller předvedl svým pokusem vznik jednoduchých aminokyselin, nevařil v baňce kyselinu sírovou a nevháněl tam chlór. Snažil se vytvořit příznivé podmínky.
Hrubým odhadem zvolíme podíl příznivého rozsahu k celkovému možnému 1 / 2
p18 = 0,5.

Faktor času

Nás zajímají hlavně ty nejvyspělejší formy života, které snad vznikly před námi, protože pouze ty by k nám mohly vyslat zprávy, které bychom si rádi přečetli.
Místní skupina galaxií se rozprostírá v dosahu 5 miliónů světelných let, vzájemná komunikace tedy nepřipadá v úvahu, jestliže máme k dispozici pouze rychlost světla 300 000 km/s.
Ale mohli bychom si přečíst jejich zprávy, pokud by nám chtěli něco vzkázat, podobně jako je čteme od starých Egypťanů, Římanů nebo Mayů.
Můžeme předpokládat, že nějaká civilizace mohla vyspět nějakých pár miliónů roků před námi. Potom začala objevovat exoplanety podobně jako my. A Země už zhruba 400 miliónů roků vysílá do vesmíru jasný signál o tom, že je zde více než 10% kyslíku v atmosféře a to znamená vyšší formy života. Když tedy zjistila, že v zemské atmosféře je kyslík, který je nutnou podmínkou pro vznik civilizace na bázi uhlíku, mohla odhadnout, kdy zde může vzniknout vyspělá civilizace. A podle vzdálenosti, která nás dělí, by pak mohla usoudit, jak nám poslat zprávu, abychom si ji mohli přečíst. Pokud se tedy zabýváme jen Místní skupinou galaxií, pak vyslané zprávy od těchto civilizací by k nám mohly včas dorazit. Faktor času tedy pro tentokrát pomíjíme.

Závěr

Počet koeficientů není pevně stanoven.
Mohly by zde následovat další, ale je nutné, aby nevyplývaly zákonitě z již uvedených.
Např. vyhynutí dinosaurů mnoho autorů považuje také za nutnou podmínku pro vznik inteligentních bytostí, ale zatím takové úvahy považujeme za zbytečné, neboť prozatímní výsledek je tento:
PPP = 0,04 terestrických planet, podporujících inteligentní život v dosahu 5 miliónů světelných let.
Tedy žádná celá....

POUŽITÁ LITERATURA A PRAMENY:

• (1) Rees, Martin:Vesmír – obrazová encyklopedie, (z angl. přel. P. Příhoda et.al.), Knižní klub 2006, ( ISBN 80-242-1618-X)
• (2) http://www.astro.pef.zcu.cz/hvezdy
• (3) Habitable zone In: http://en.wikipedia.org/
• (4) Darling, David: The Internet Encyclopedia of Science (www.daviddarling.info/encyclopedia/...)
• (5) Krumpolc, Eduard: Antropický princip v dialogu mezi přírodními vědami, filozofií a teologií, Univerzita Palackého, Olomouc 2006 >
• (6) www.planetarybiology.com
• (7) Harvard spectral classification In: Study Astronomy online at Swinburne University of Technology (http://astronomy.swin.edu.au/cms/astro/...)
• (8) http://planetquest1.jpl.nasa.gov/atlas
• (9)Ward Peter D., Brownlee Donald: Rare Earth.Why Complex life Is Umcommon in the Universe, Copernicus, New York 2000, (ISBN 0-387-98701-0)
• (10) Ward P., Brownlee D.: Život a smrt planety Země,Praha 2004
  (11) http://www.exoplanet.eu/catalog.php