Fysik

Finns det liv i rymden?

publicerad 1 månad sedan av
Elliot Hansson

Kolhydrater, nukleinsyror, proteiner och lipider är förmodligen bland de minst förekommande kemiska kompositionerna i hela universum, och är avgörande för bildandet av levande organismer. I dagsläget har vi varken kunskapen, eller teknologin för att förstå dessa molekyler utvecklats från början, vilket leder till att vi främst måste förlita oss på probabilistiska argument samt analysera förekomsten av förhållanden som ger upphov till liv.

Drakes ekvation var ett så kallat probabilistiskt argument som Frank Drake presenterade vid en SETI konferens, vars mål var att stimulera kommunikation mellan forskare på konferensen. Ekvationen består av sju faktorer vars syfte är att summera de huvudbegrepp som forskare bör ta i åtanke när de behandlar frågan om livsformer i Vintergatan som vi eventuellt skulle kunna kommunicera med.

Ekvationen är uppbyggd på följande sätt:

där N = antal civilisationer i vår galax som eventuellt kan kommunicera med oss;

och

R = den genomsnittliga stjärnbildningen i vår galax

fp = andelen av dessa stjärnor som har planeter

ne = andelen jordlika planeter som finns i genomsnitt i ett planetsystem

fl = andelen jordlika planeter där liv uppstår

fi = andelen av dessa där intelligent liv (civilisationer) utvecklas

fc = andelen civilisationer som utvecklar radioteknologi

L = den tid som en sådan civilisation ger ifrån sig mätbara radiosignaler ut i universum

Det finns relativt stor konsensus inom forskarvärlden om att ekvationen och dess huvudbegrepp är viktiga för att avgöra existensen av utomjordligt liv, dock menar många att de värden som resulterar i produkten, N, är rent av vilda gissningar. De flesta av dessa termer (fl, fi, fc, och L) är dock inte kända och är väldigt svåra att uppskatta – återigen ligger alltså betydelsen av ekvationen i de faktorer som måste beaktas för frågeställningen snarare än att använda produkten som ett exakt svar.

Moderna uppskattningar av dessa termer kan ge en bättre insikt i hur många planeter som har intelligent liv, där beräkningar som genomförts av NASA och ESA visat att R motsvarar cirka 1.5-3 (stjärnbildningar per år) och fp motsvarar cirka 1, då alla stjärnor i snitt har minst en stjärna. Baserat på data från Keplerteleskopet, är det uppskattat att det finns upp till 40 miljarder planeter som är lika stora som Jorden och befinner sig i den “beboeliga zonen”. Detta indikerar att värdet av ne är 0.4, då det finns cirka 100 miljarder stjärnor i vår galax.

Beboelig zon

Det finns två kriterier som behöver uppfyllas för att en planet ska anses vara beboelig. Det ena kriteriet är att planeten ska befinna sig inom den så kallade cirkumstellära beboeliga zonen, som är ett teoretiskt sfärisk skal som omger stjärnor. Zonen definieras av dess planeters förmåga att tillåta flytande vatten, och dess yttemperatur måste alltså ligga mellan vattnets smältpunkt och kokpunkt. En planets temperatur kan beräknas genom att sätta två effekter –den som en planet tar emot från sin stjärna, och den effekt som planeten strålar tillbaka ut i rymden– lika med varandra. För att göra det, bör man först beräkna flödet av den effekt som en planet tar emot från sin stjärna, alltså mängden energi som passerar genom en areaenhet varje sekund, i detta fall den teoretiska sfären 4πr2.


Detta görs genom följande ekvation:

där L = stjärnans effekt, luminositet och r = avståndet mellan stjärnan och planeten. 4πr2, är alltså en sfär, med radien r vars stjärnans luminositet fördelas över.

Flödet, F, kan sedan multipliceras med en planets tvärsnittsarea, πR2, där R, är planetens radie, för att få en produkt av den mängd energi som planeten träffas av. En planet reflekterar dessutom ut en del av denna strålning, medan resten av strålningen absorberas av planeten. Planetens albedo, A, är ett värde mellan 0 och 1 som beskriver den andel av strålningen som kommer reflekteras. Alltså kan planetens albedo subtraheras från ett, och sedan multipliceras med flödet och planetens tvärsnittsarea för att få en produkt av den totala absorberade effekten enligt följande ekvation:

Denna effekt balanseras av att en planet samtidigt strålar ut en lika stor effekt i rymden., Enligt Stefan-Boltzmanns lag kommer den utstrålande effekten bli . Genom att sätta dessa ekvationer lika med varandra kan vi algebraiskt beräkna temperaturen, T:

Dessa ekvationer tar dock inte hänsyn till faktorer såsom växthusgaser som till exempel vatten, koldioxid och metan, som bidrar till ett varmare klimat.

Det andra kriteriet har relativt tunn forskning, men kallas för den “galaktiska beboeliga zonen” och menar att vissa regioner av galaxer kan vara mer eller mindre fördelaktiga för liv. Främst måste dessa planeter ha en lagom nivå av tunga grundämnen, och sällan passera genom Vintergatans spiralarmar.

Livets uppkomst, också kallat abiogenesis, är den frågeställning som handlar om hur livet uppstod på Jorden för cirka 3.7 miljarder år sedan, alltså relativt kort tid efter Jordens bildande. Enligt denna premiss bör värdet av fl, vara relativt högt, då liv uppstod relativt snabbt med de rätta förhållandena. Dock är Jorden det enda exemplet på abiogenesis, och därmed kan inte en sådan slutsats bli dragen. Däremot skulle bevis på att liv utvecklats oberoende från Jorden, på till exempel Mars, Europa, Enceladus eller Titan, indikera att värdet av fl befinner sig närmare 1. 

Vissa menar att värdet av fi bör vara relativt lågt. Ett exempel på en sådan person är biologen Ernst Mayr, som menar att miljarder arter har existerat på Jorden, varav endast en har blivit intelligent och att detta därmed indikerar ett lågt värde på fi. Andra menar att det i princip är oundvikligt för intelligent liv att utvecklas med evolutionsteorin som utgångspunkt, och att värdet på fi därmed närmar sig 1.

Värdet på fc beror på huruvida intelligenta civilisationer skickar radiosignaler ut i rymden. Det finns många olika spekulationer om anledningar till varför vissa civilisationer inte skulle vilja kommunicera med andra civilisationer, men det vi vet är att Jorden åtminstone har teknologin att skicka radiosignaler ut i rymden. Enligt denna premiss, är Jorden en kommunicerande civilisation och därmed kan förmodligen civilisationer med liknande intelligens kommunicera på samma sätt. Dock måste man också beakta frågan om vilken andel av civilisationer i galaxen som är tillräckligt nära för att vi ska kunna upptäcka deras radiosignaler. Till exempel så kan de radioteleskop som vi har i dagsläget endast upptäcka radiosignaler som skickas inom ett ljusår. David Grinspoon, som är en astrobiolog menar att när en civilisation har utvecklats tillräckligt kan den eliminera alla hot mot dess existens, vilket skulle kunna göra värdet av L till flera miljarder år. Dock menar vissa att värdet är lägre på grund av oundvikliga hot mot en civilisation, såsom naturkatastrofer.

Fermiparadoxen är ett känt motargument för Drakes ekvation, som menar att bristen på bevis för intelligent liv på andra platser än Jorden indikerar att Drakes ekvation kan vara felaktigt formulerad, då han 1950 formulerade frågan som “Var är de?”. Det finns en hel del faktorer som hävdats som skäl till argumentet, såsom distansen till dessa civilisationer, prime directive, deras korta existens eller att uppkomsten av liv helt enkelt kräver ett flertal, mycket ovanliga tillfälligheter; enligt vissa uppskattas chansen till att alla dessa tillfälligheter inträffar vara väldigt liten.