Как далеко мы можем обнаружить, что на Земле есть жизнь?

Я предполагаю, что планеты, несущие жизнь, слишком далеко друг от друга, чтобы их можно было обнаружить. Я думаю, что мы можем найти только те, которые находятся внутри сферы вокруг нашей планеты, диаметр которой составляет 100 световых лет, но я подозреваю, что планеты, несущие жизнь, могут быть намного дальше, чем это.

Я хотел бы оценить диаметр сферы, в которой мы могли бы обнаружить жизнь на другой планете, а затем оценить вероятность того, что в этой сфере есть жизнь.

Например, дайте нашей современной технологии, какое самое дальнее расстояние сможет обнаружить жизнь на Земле? Сколько звезд, как наше Солнце, находится в этой сфере? Сколько времени потребуется SETI, чтобы исключить каждую из этих звезд?

Зависит от того, что вы подразумеваете под обнаружением жизни. Как объясняется в этом посте «что если» Рэндалла Манро , водоросли на Земле расскажут о нас инопланетянам, прежде чем мы сможем рассказать им о себе.

Если вы рассматриваете наличие жидкой воды или присутствие как обнаружение жизни, то такое обнаружение можно сделать, изучая спектр внезолнечных планет, измерения, которые мы можем сделать в настоящее время. Самая дальняя солнечная планета, обнаруженная до настоящего времени, находится на расстоянии 27 700 световых лет . Таким образом, частичным ответом на ваши вопросы будет изучение спектра каждой вне солнечной планеты, обнаруженной в околозвездной обитаемой зоне, для поиска сигнатур контрольных признаков жизни. В настоящее время у нас есть технология для измерения спектра оптического отражения вне солнечной планеты, например , VLT ESO , обсерватория Близнецов и инструмент OSIRIS на GTC$O_2$но я не знаю, есть ли у SETI такая возможность. Вы можете посмотреть на работу доктора Сары Сигер .

Я отложил ответ на этот вопрос, потому что он кажется слишком широким, не уточняя, какие методы обнаружения предлагаются. Но если вы ответите прямо с точки зрения - если бы мы взяли солнечную систему и расположили ее на некотором расстоянии от нас, смогли бы мы обнаружить признаки жизни на планете Земля - ​​тогда ответ, вероятно, нет.

Используя современную технологию (и под этим я подразумеваю эксперименты и телескопы, которые доступны сейчас), мы, вероятно, не сможем обнаружить жизнь на Земле, даже если ее наблюдать на расстоянии нескольких световых лет. Поэтому в этой сфере нет звезд (кроме Солнца).

1. Вокруг другой звезды еще не было обнаружено планет, подобных Земле. Иными словами, ни один из них не имеет такой же массы, радиуса и орбиты на расстоянии 1 а.е. (или близко к ней) от звезды солнечного типа [ПРАВИТЬ: В настоящее время, конечно, есть близкий соперник в Kepler-452b, хотя это 60 % больше Земли; Jenkins et al. 2015. ]. С современными технологиями, это почти в пределах досягаемости. Поэтому любой направленный поиск жизни на Земле имеет ограниченное количество мест для начала. Если вы не можете обнаружить планету вообще , то нет абсолютно никаких шансов , чтобы смотреть на его состав атмосферы , чтобы искать биомаркеров (например , кислород вместе с восстановительным газом , как метан, или хлорфторуглеродов от индустриальной цивилизации - Lin и др 2014.). Единственными экзопланетами, для которых составы атмосферы (грубо и ориентировочно) были измерены, являются «горячие Юпитеры». - гигантские экзопланеты, вращающиеся в непосредственной близости от своих родительских звезд.

2. «Слепой» поиск может искать радиосигнатуры, и, конечно, именно этим занимается SETI. Если мы говорим об обнаружении «Земли», то мы должны предположить, что мы не говорим о преднамеренных попытках связи с помощью луча, и поэтому должны полагаться на обнаружение случайной радиосвязи и случайных сигналов, генерируемых нашей цивилизацией. Проект SETI Phoenix был самым продвинутым поиском радиосигналов из другой разумной жизни. Цитирование из Каллерс и соавт. (2000) : « Типичные сигналы, в отличие от наших самых сильных сигналов, падают ниже порога обнаружения большинства съемок, даже если сигнал исходил от ближайшей звезды ». Цитата из Тартер (2001) : "При текущих уровнях чувствительности целевые микроволновые поиски могут обнаружить эквивалентную мощность сильных телевизионных передатчиков на расстоянии 1 светового года (в пределах которого нет других звезд) ... ". Двусмысленность в этих утверждениях обусловлена ​​тем фактом, что мы делаем испускают сильные балочные сигналы в некоторых четко определенных направлениях, например , для проведения метрологии в солнечной системе с помощью радара. Такие сигналы были рассчитаны , чтобы быть наблюдаемым более тысячи световых лет или больше. Но эти сигналы кратки, балочные в очень узкий угол и вряд ли будет повторяться. Вам бы очень повезло, если бы вы наблюдали в правильном направлении в нужное время, если вы выполняли целевые поиски.

Отсюда мое утверждение, что с современными методами и телескопами шансов на успех не так много. Но, конечно, технологические достижения и в ближайшие 10-20 лет могут появиться лучшие возможности.

Первым шагом в направленном поиске было бы найти планеты, подобные Земле. Первая большая возможность будет с космическим кораблем TESS , запущенным в 2017 году, способным обнаруживать планеты размером с Землю вокруг самых ярких 500 000 звезд. Однако его двухлетняя миссия ограничит возможность обнаружения аналога Земли. Лучшая ставка для поиска других Земель появится позже (возможно, к 2024 году) с запуском Платона., шестилетняя миссия, которая снова изучает самых ярких звезд. Тем не менее, существует большой скачок вперед, необходимый для проведения исследований атмосферы этих планет. Прямое изображение и спектроскопия, вероятно, потребуют космических обнуляющих интерферометров; Непрямые наблюдения фазовых эффектов и просвечивающая спектроскопия в атмосфере экзопланеты не требуют большого углового разрешения, только огромной точности и площади сбора. Спектроскопия чего-либо размером с Землю вокруг нормальной звезды, вероятно, потребует большего преемника космического телескопа Джеймса Уэбба ( JWST - запуск 2018 года) или даже большей области сбора, чем будет обеспечено E-ELT в следующем десятилетии. Например, Снеллен (2013) утверждает, что для обнаружения сигнала биомаркера земного аналога с E-ELT потребуется 80-400 транзитных времен воздействия (т.е. 80-400 лет!)!

Было высказано предположение, что новые проекты и технологии радиотелескопа, такие как квадратный километраж, могут быть способны по случайному обнаружению радиосигнала на расстоянии 50 пк ( световых лет) - см. Loeb & Zaldarriaga (2007) . Этот массив, который должен начать полную работу через некоторое время после 2025 года, также может одновременно отслеживать множество направлений для лучевых сигналов. Хороший обзор того, что может быть возможно в ближайшем будущем, дан Tarter et al. (2009) .$\sim 150$

Я нахожу это очень сложным, чтобы ответить, метод обнаружения имеет решающее значение в том, как далеко мы можем обнаружить. Я могу придумать два возможных метода, один из которых превосходит другой. Первый метод связан со скоростью света и нашим производством волн. Второй касается того, как мы адаптировали нашу атмосферу.

Наше производство волн (радио) началось в конце 19 века, если мы используем точку отсчета, скажем, 1900; мы вещали в течение 115 лет, и со скоростью света вид, который находится на расстоянии не более 115 световых лет от нас, может обнаружить нас. Отсюда идея программы SETI, предложенная Рахулом, с намерением транслировать себя.

Наилучший метод, который я вижу работающим для людей в поисках других, - это атмосферное отравление. В нашей атмосфере есть определенные углеводороды, которые, как считается, производятся только человеком, если мы думаем так, то вполне вероятно, что мы также можем обнаружить атмосферное отравление вокруг экзопланеты. Обнаружения кислорода просто недостаточно, так как это не указывает на то, что жизнь существует, кислород можно производить естественным путем в ограниченных количествах, как это можно найти в других частях солнечной системы, однако для поддержания жизненных форм на основе углерода, таких как мы, должно быть значительное изобилие. Обнаружение загрязняющих веществ является более логичным способом зачатия обнаружения. Если мы способны производить элементы, которые не были найдены естественным образом, это явный признак того, что вид поместил их туда. Это также зависит от скорости света, однако искусственные загрязнители существовали до начала волны, и им приходилось дольше передавать свет, чем при производстве волн. Недостатком является метод обнаружения загрязняющих веществ, в настоящее время в качестве людей мы полагаемся либо на использование звезды с транзитной планетой для определения состава, либо на менее точных данных спектра (которые не указывают атмосферный материал).

Другая точка зрения смотрит на шкалу Кардашева , можно сказать, что у нас есть технология для определения этого ответа на основе потребления энергии. Если бы мы могли обнаружить огромное гравитационное поле и не было бы видимого источника энергии, энергия могла бы быть собрана другим видом; такие как сфера Дайсона. Такое обнаружение, я полагаю, было бы слишком легко упустить из виду, поскольку это не то, что наш вид активно ищет. В то время как это справедливо для теоретического обнаружения, другие виды могут быть в состоянии обнаружить потребление энергии на нашей планете посредством освещения нашей планеты и атмосферы наряду с повышением температуры поверхности.

Я считаю, в лучшем случае, что касается вмешательства человека, мы можем смотреть в диапазоне 100-150 световых лет. Что касается обнаружения жизни в целом, я не могу представить себе досовременную эпоху, если бы существовал простой способ определить, что жизнь существует, если смотреть на нее откуда-то еще, кроме того факта, что у нас была стабильная система, содержащая жидкую воду и атмосферный кислород.

Мы можем слишком полагаться на то, что с нашей точки зрения мы приводим аргументы в пользу того, что формы жизни на основе углерода основаны на том, что если другой вид, развитый или более отличный от нас, не был основан на углероде, вполне возможно, что они ищут другие признаки, более локализованные для их собственных видов. Точно так же мы ищем признаки, которые мы представляем, обнаруживая себя с.

РЕДАКТИРОВАТЬ: По просьбе Роба Джеффриса; НЕТ, использование транзитной фотометрии с использованием современных технологий пока невозможно. На 1lyЗемле будет выглядеть как 2.776*10^-4″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^12)или 2.776mas, что возможно с помощью Очень Большого Телескопа ESO, который имеет угловое разрешение, способное отображать в миллиарсекундах. На 10lyЗемле будет выглядеть как 2.776*10^-5″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^13)или 277.6μas, возможно, после завершения Черенковского телескопа, который имеет угловое разрешение, способное отображать в микросекундах. В то время как массив Черенкова телескопа, ограничено 100μasв 400nmи не в состоянии изображения 1μas, на следующем уровне , это мы с изображениями в 100ly. Космический корабль Gaia может разрешать до20μasоднако не может изображение на этом уровне. Исследовательский центр Ames от NASA демонстрирует способности к разрешению вплоть до 5μasпопытки разрешения 1μas, но опять же, это не разрешение изображения. Для радиоволн, по правде говоря, я не упомянул закон обратных квадратов и деградацию волн. Для нас, людей, да, возможны несколько световых лет с возможностью раскрытия с помощью массива квадратных километров .

Если вы хотите, чтобы я отказался от своих предположений с первого раза, загрязнение и транзитная фотометрия фактически возможны с использованием существующих сегодня технологий внутри 1ly, наравне с существующими внутри радиоприемниками 1yr. Если вы воздержитесь от того факта, что новые инструменты, тем не менее, еще не созданы, вы можете значительно увеличить это до того 100ly, что если что-то не будет создано, это не сделает технологию несуществующей (возможна ли технология SKA? Да, у нас есть технологии, чтобы это произошло прямо сейчас, мы просто не сделали этого. Это не делает ее технологией, которой не существует).

Seti Home опубликовал находку первой планеты размером с Землю, обнаруженной в результате транзита. В следующей публикации, опубликованной Университетской библиотекой Корнелла, утверждается, что планета находится в обитаемой зоне, и подразумевается, что на ее поверхности может быть атмосфера и жидкий H20. Космический корабль Kepler обнаружил эту находку. Если вы не знаете, Kepler отображает кривые блеска, когда тело проходит через лицо другого тела, это называется Transit . Даже предположить, что эта технология еще не существует, нелепо, если вы хотите получить настоящий аналог Земли, как есть, с технологией, уже существующей; 1ly, если вы хотите использовать технологии возможно, но не построен; 100ly,