Neustále čteme od různých vědců, že takových civilizací jako je ta naše, jsou ve vesmíru stovky nebo tisíce, že vesmír je plný složitých organických sloučenin, že kdesi byla objevena kapalná voda v hloubce 10 km a tudíž tam může být život. Nebo také o tom, že ministerstvo obrany USA tají informace o mimozemšťanech....
A přitom stačí sepsat tyto nutné podmínky a uvědomit si, že nestačí, že někde je nějaká z nich splněna, ale všechny současně musí být splněny na jedné planetě a to po velmi dlouhou dobu, která je nutná k tomu, aby se vyvinuly vyšší formy života.
Počet vyspělých civilizací v naší Galaxii řeší např. známá Drakeova rovnice. Lze podle ní získat takový výsledek, jaký si kdo přeje, protože hodně záleží na zvolených parametrech, a proto si myslíme, že je třeba tuto rovnici upřesnit a podrobněji zpracovat.
O to se pokusili již P. Ward a D. Brownlee v knize Rare Earth (9) nebo Život a smrt planety Země (10). Také oni však používají značně diskutabilní koeficienty, u nichž hodně záleží na subjektivním názoru a navíc uvádějí málo konkrétních hodnot.
My vycházíme z jednoduchého předpokladu že tam, kde byly splněny všechny nutné podmínky pro vznik vyšších forem života, tam také vznikl a vyvíjel se.
Zabýváme se tedy hlavně určením těchto nutných podmínek, přičemž využíváme klasické teorie pravděpodobnosti, která je použitelná pro nahodilé jevy, které se opakují.
Jak z dalšího vyplyne, pro hledání inteligentního života se zdá naše Galaxie malá (má průměr 90 000 světelných let a obsahuje asi 200 miliard hvězd), proto se budeme zabývat Místní skupinou galaxií, tedy okruhem 5 miliónů světelných let. Tento prostor zahrnuje 3 velké galaxie - M31 v Andromedě, naši Galaxii, M33 v Trojúhelníku a 36 trpasličích galaxií, tj. celkem asi 700 miliard hvězd.
Antropickou rovnicí jsme tak nazvali proto, že vyhledává živé a inteligentní organismy na bázi C, H,O, N, Ca, P, Fe, atd., tedy vlastně člověku podobné. V celém pozorovatelném vesmíru není totiž jiný prvek než uhlík, který by dokázal vytvořit takové množství sloučenin. A uhlík to dokáže právě jen s těmi prvky, které jsou už notoricky známé.
Pravděpodobný počet planet v dosahu 5 miliónů světelných let od Země, které splňují nutné podmínky pro vznik inteligentního života:
PPP = S * Ns * p1 * p2 * p3 * p4 * p5 * p6 * p7 * p8 * p9 * ... pn
Legenda :
S = 700 miliard - celkový počet hvězd, které se vyskytují v daném prostoru.
Ns = 6 - průměrný počet planet v jedné sluneční soustavě.
Extrasolární soustavy, které byly již objeveny, mají sice všechny menší počet planet, ale zatím nemáme dost možností, jak objevovat i planety velikosti Země, pouze ty větší. Do tohoto počtu nezahrnujeme měsíce obřích planet, které mají velikost normálních planet. O důvodech, které nás k tomu vedly, pojednáme později.
p1, p2, p3 …... podíly planet nebo hvězd, které splňují jednotlivé nutné podmínky pro vznik inteligentního života.
Lze také říci, že je to pravděpodobnost, s jakou planety danou podmínku mohou splňovat; tedy klasická pravděpodobnost = počet příznivých případů k počtu všech reálně možných případů. Zde se však jedná většinou o určitý rozsah příznivých hodnot, a také rozsah možných hodnot, takže to budeme brát jako podíl příznivého rozsahu k celkovému reálnému rozsahu dané veličiny.
Uvažujeme asi takto: Kdybychom házeli šipkami bez velkého míření na terč, na kterém by byla vyznačena příznivá zóna, pak pravděpodobnost, že šipku umístíme do příznivé zóny, bude dána poměrem ploch této zóny a celého terče, přičemž na šipky letící mimo terč se nebere ohled, proto by jich nenělo být mnoho. Samozřejmě, že výsledek bude záležet nejen na tom, jak velká bude příznivá zóna, ale také jak velký bude celý terč. Proto je nutné, aby nejen příznivý, ale i možný rozsah dané veličiny byl také určen v reálných mezích.
p1 - podíl slunečních soustav, které se nacházejí v obyvatelné zóně galaxie.
Naše Galaxie má poloměr 45 000 ly (světelných let), Slunce je vzdáleno od jejího středu 25000 ly, jsme tedy za polovinou.
Uprostřed Galaxie je velké rentgenové a gamma záření, viz (1), kde je rentgenový snímek galaxie, uprostřed galaxií jsou také chaotické dráhy soustav.
Na obvodě Galaxie není zase dostatečné množství prvků (zejména stopových) pro tvorbu planet, inteligentní život podporujících.
Darling (4) uvádí tuto zónu obyvatelnou pro vyšší formy života pouze v rozsahu 23 - 29 kly, což znamená, že příznivá zóna je 6 kly a celkový možný rozsah pro tuto galaxii je 45 kly.
Zde je ještě nutno vzít v úvahu, že Slunce se nachází téměř na rovníku galaktického disku, asi 14 ly od něj, jeho tloušťka je v tomto místě 3000 ly. Poblíž galaktického rovníku je shromážděn prach, který nám brání v pohledu do středu Galaxie, kde je ovšem smrtící rtg a gama záření, takže nás před ním chrání, tím tedy zužuje galaktickou obyvatelnou zónu. Tento prachový disk je patrný u mnoha spirálních galaxií zabírá necelou 1/3 jejich tloušťky
Tedy p1 = 6 / 45 * 1 / 3 = 0,0444
p2 - podíl hvězd s příznivou povrchovou teplotou.
Hvězdy se rozdělují do tříd podle teploty svého viditelného povrchu: O, B, A, F, G, K, M, L a podtříd 0 až 9. Naše Slunce má teplotu 5770 K a je zařazeno do třídy G2. Nyní je tedy otázkou, jaké světlo je příznivé a podporující život a vývoj vyšších organismů.
Zdá se, že rozhodujícím ukazatelem zde bude, jaký podíl ultrafialového (UV) záření světlo obsahuje. Čím vyšší je teplota hvězdy, tím vyšší podíl UV záření vyzařuje, zvláště pak jeho složky C, která je nepochybně škodlivá pro všechny živé organismy na bázi uhlíku.
Proto je nutno vyloučit všechny hvězdy tříd O, B, A, F, protože jejich teplota je přes 5900 K a podíl UVC záření je značný. Navíc hvězdy třídy F mají kratší životnost než třídy G.
Na druhé straně UV záření způsobuje v malé míře rozklad vodní páry na O + H2. Jestliže potom k tvorbě prvních složitějších molekul byl zapotřebí atomární kyslík, když fotosyntéza ještě neexistovala, pak zmíněné UV záření bylo pro vznik života naprosto nezbytné.
Také je známo, že UV záření podporuje vznik mutací, takže hvězdy tříd K, M, L, které mají teplotu 5200 K a nižší, můžeme také vyloučit.
Zbývá tak pouze třída G, tedy G0 až G9 s teplotou 5200 - 5900 K
Pramen (2) uvádí, že zastoupení třídy G je 3,5% ve hvězdách hlavní posloupnosti - a tyto tvoří 90% všech hvězd. Ale jiný pramen (7) uvádí 7,6%.
Vezměme tedy průměr: p 2 = 0,0525.
p3 - podíl hvězd ze třídy G s příznivou hmotností.
Velikost centrální hvězdy je podmíněna tím, aby svítila rovnoměrně a dostatečně dlouhou dobu, která je potřebná pro vývoj hledaných civilizací.
Naše Slunce má stáří 4,6 miliard let, Země je o 40 milionů let mladší. Nejstarší objevené zbytky bakterií mají pak stáří 3,8 miliard let.
Je tedy nanejvýš pravděpodobné, že vývoj inteligentního života vyžaduje životnost centrální hvězdy alespoň 4 miliard let.
Pro tuto podmínku lze použít interaktivní Hertzsprung – Russelův diagram (2), pomocí kterého určíme, že hvězdy třídy G s požadovanou minimální životností nemohou mít větší hmotnost než 1,5 Ms. Tím je pak omezena horní hranice jejich příznivé hmotnosti. Na tomto diagramu, kde je zakresleno 21 000 hvězd, je jich odhadem asi 20% právě nad touto hmotností.
Zde tedy nebereme v úvahu možnost transferu života z jedné planety na druhou, protože to by znamenalo, že na dvou planetách, nepříliš vzdálených od sebe, budou téměř ve stejnou dobu ty samé a navíc vhodné podmínky pro vývoj života, což považujeme za krajně nepravděpodobné, a k tomu ještě by tyto zárodky života musely putovat správným směrem, proletět atmosférou bez poškození (v ochranném obalu), potom se nezarýt hluboko do země, kde je prakticky mrtvá půda, a neskončit na dně oceánu. Pro bakterie by to asi nebyl problém, ale ty my nehledáme, ve vesmíru jich mohou být mraky.
Proto volíme p 3 = 0,8
p4 - podíl hvězd alespoň s jednou planetou.
Martin Rees (1) uvádí: " Z pozorování plyne, že planety obíhají kolem asi 10% Slunci podobných hvězd."
Podle nejnovějších výzkumů a objevů exoplanet však vychází, že z nejbližších 110 hvězd, které jsou v dosahu 20 ly, má planety ( hotjupitery) pouze 5 hvězd (stav k 28.3.2011) a to činí 4,5 %.
U vzdálenějších hvězd tento poměr klesá, což je pochopitelné.
Naproti tomu A. Howard a G. Marcy (12) uvádějí:
„Podle všeho připadá na stovku běžných hvězd podobných Slunci jedna až dvě planety velikosti Jupitera, zhruba šest planet srovnatelných s Neptunem a kolem dvanácti takzvaných superZemí, čili planet o hmotnosti 3 až 10 Zemí. U superZemí schopnosti Keckovy observatoře končí, ale Howard s Marcym nekompromisně extrapolovali známá fakta na planety srovnatelné se Zemí a dospěli k číslu 23 planet velikosti plus mínus Země na 100 běžných hvězd. Je to prý vůbec poprvé, kdy někdo do takového odhadu zahrnul data o planetách velikosti Neptunu a o superZemích. „
To ovšem poněkud odporuje pozorované skutečnosti, protože zmíněných 4,5 % znamená 4 až 5 Jupiterů na 100 hvězd. Tito Jupiterové pak často likvidují terestrické planety, jak jsme popsali v minulém článku. Ale v součtu to celkem souhlasí s tím, co uvádíme my, totiž
6 planet * 10 planetárních systémů = 60 planet na 100 hvězd.
S ohledem na budoucí možné objevy volíme tedy p 4 = 0,1
Malá rekapitulace:
Tímto jednoduchým postupem jsme z původních 700 miliard hvězd právě vyloučili 699,87 miliard, takže nám zbývá ještě 130 miliónů hvězd třídy G, které mají alespoň jednu exoplanetu a nalézají se v obyvatelné zóně některé ze zmíněných galaxií:
700 000 000 000 * p1 * p2 * p3 * p4 = 130 536 000
Pokračování v pátek.
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:/objekty.astro.cz
- (12) http://www.osel.cz/index.php?clanek=5365
