Уравнение Сигер

Насколько реалистичны предположения, что TESS и «Джеймс Уэбб» сумеют обнаружить признаки иных миров? Честно говоря, нам понадобится везение — огромное везение. Шанс, однако, есть, и мы его не упустим. Для наглядности я воспользуюсь обновленной версией знаменитого уравнения Дрейка, предложенного американским астрономом Фрэнком Дрейком в 1961 г. для расчета вероятности существования разумной жизни во Вселенной. Фактически его уравнение призвано было скорее обобщить основные теории, связанные с обнаружением сигналов разумной жизни в Галактике, чем дать точный ответ. Мой вариант также носит более описательный, чем прогнозирующий характер. Он показывает, какие факторы мы способны выразить количественно — что мы знаем и что остается плодом теоретических выкладок.

Давайте вспомним начальное уравнение Дрейка. Эта формула определяет примерное значение величины N — числа внеземных цивилизаций, обладающих средствами связи, — как результат перемножения семи факторов:

N = R*?Fp?ne?Fl?Fi?Fc?L,

где R* — скорость образования звезд в Млечном Пути (по предположению Дрейка, 10 звезд в год), Fp — доля звезд, имеющих планетарные системы (принято за 0,5), ne — количество потенциально обитаемых планет (имеющих «экосистему»)в расчете на каждую звезду (принято за 2), Fl — доля планет, где развивается жизнь (оценена в 1), Fi — доля обитаемых планет, где имеется разумная жизнь (предположительно, 0,5), Fc — доля цивилизаций, достаточно технологически развитых, чтобы их сигналы в космосе можно было зафиксировать (принята за 1), L — время, в течение которого цивилизация производит фиксируемые сигналы (оценочно, 10 000 лет).

Первые три параметра уравнения Дрейка — R*, Fp и ne — являются измеряемыми, остальные четыре мы измерить не можем и, по всей видимости, не сможем никогда. Тем не менее Дрейк получил оптимистическую оценку числа способных к коммуникации внеземных цивилизаций в нашей галактике — 50 000.

В те времена, когда Дрейк составлял уравнение, основным методом обнаружения инопланетной жизни был поиск радиосигналов других цивилизаций. Теперь в нашем распоряжении имеются более совершенные методы. В последние годы стал реальностью поиск жизни вне Солнечной системы путем анализа газов в атмосфере экзопланет, и ныне описательное уравнение требует пересмотра.

Воспользовавшись схемой Дрейка, оценим N, число планет с обнаруживаемыми признаками жизни, по присутствию газов-биомаркеров:

N = N*?FQ?FHZ?FO?FL?FS,

где N* — количество исследованных звезд, FQ — доля «спокойных» звезд, рядом с которыми имеет смысл искать планеты, FHZ — доля тех из них, которые имеют каменистые планеты в зоне обитаемости, FO — доля этих планет, доступных для наблюдения с учетом ограничений нынешних методов, FL — доля планет, где имеется жизнь, FS — доля обитаемых планет, жизнь на которых генерируют газы-биомаркеры, которые можно обнаружить по спектральным характеристикам.

Я представила свое уравнение в мае 2013 г. в Кембридже на симпозиуме «Экзопланеты в посткеплеровскую эпоху», посвященном Дэйву Лэтему и его вкладу в изучение экзопланет. Вы можете найти более строгий, чем нижеприведенный, разбор этой формулы.

Переходя к цифрам, начнем с первых четырех параметров, о которых можно сказать хотя бы что-то определенное. Согласно галактическим моделям количество звезд N*, которые могут быть охвачены исследованием всего неба с помощью телескопа TESS, оценивается примерно в 30 000. Около 60% из них, предположительно, достаточно спокойны (без слишком сильных колебаний светимости), чтобы можно было заметить на их орбите малые планеты. Следовательно, FQ=0,6 (это приблизительное число).

Далее, процент каменистых планет в зоне обитаемости составляет порядка 24% (по данным «Кеплера»): FHZ=0,24. Ограничения, связанные с ориентацией их орбиты, — поскольку TESS способен заметить только транзитные планеты, проходящие на фоне диска своей звезды, — уменьшают долю исследуемых планетарных систем до примерно 10%. Однако лишь около 1% из них имеют достаточно яркую звезду, чтобы на ее фоне можно было в подробностях рассмотреть атмосферу планеты. Иными словами, FO = 0,1?0,01 = 0,001.

Перемножив эти четыре параметра, получим N*?FQ?FHZ?FO ? 4. Остается приписать числовые значения только двум переменным, FL и FS, и для простоты свести уравнение к следующему виду:

N?4?FL?FS.

Скрупулезный расчет планетной выборки TESS, фактически определяемой первыми четырьмя параметрами уравнения Сигер, был выполнен в ходе тщательного компьютерного моделирования, результаты которого укладываются в интервал от 2 до 7.

Теперь поговорим о факторах FL и FS. Нам остается лишь гадать, какая часть пригодных для обитания планет имеет жизнь. Давайте будем оптимистами и оценим ее в половину потенциально обитаемых планет: FL=0,5. Выделяет ли эта жизнь газы, способные накапливаться в атмосфере и выявляемые методом спектроскопии? Предположим, это также происходит в половине случаев: FS=0,5. Подставляем эти величины в приведенное уравнение и получаем выборку планет с признаками жизни, обнаруживаемыми совместными усилиями TESS и JWST:

N ? 4 х 0,5 х 0,5 = 1.

Разумеется, я специально подобрала оценочные параметры, чтобы получить этот «круглый» — и оптимистичный! — но крайне скромный результат: во всей галактике Млечный Путь мы способны обнаружить только одну обитаемую планету. Вот почему я говорю, что нам понадобится огромное везение, чтобы зафиксировать газы-биомаркеры в грядущие десятилетия. Нужно, однако, постоянно помнить, что комплекс TESS/JWST — это первая в истории человечества возможность вести поиск признаков жизни на каменистых экзопланетах по присутствию в их атмосфере биогенных газов.