ไกลแค่ไหนที่เราจะตรวจพบว่าโลกมีชีวิต

ฉันเดาว่าดาวเคราะห์ที่มีชีวิตอยู่นั้นไกลเกินกว่าจะตรวจจับได้ ฉันคิดว่าเราสามารถค้นพบสิ่งที่อยู่ในทรงกลมรอบโลกของเราที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 ปีแสง แต่ฉันสงสัยว่าดาวเคราะห์ที่มีชีวิตอาจจะอยู่ไกลกว่านั้นมาก

ฉันต้องการประมาณขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของทรงกลมที่เราสามารถตรวจจับสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่นและประเมินความน่าจะเป็นที่มีชีวิตอยู่ในทรงกลมนั้น

ตัวอย่างเช่นให้เทคโนโลยีในปัจจุบันของเราว่าระยะทางไกลที่สุดจะสามารถตรวจจับสิ่งมีชีวิตบนโลกได้อย่างไร ดาวฤกษ์ในดวงดาวของเรามีกี่ดวง ใช้เวลานานแค่ไหนสำหรับSETI ในการแยกแยะดาวแต่ละดวงเหล่านั้น?

ขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณหมายถึงโดยการตรวจจับชีวิต ตามที่ได้อธิบายไว้ในบทความนี้หาก Randall Munroe โพสต์ไว้ลงบนสาหร่ายจะบอกเอเลี่ยนเกี่ยวกับเราก่อนที่เราจะบอกพวกเขาเกี่ยวกับเรา

หากคุณพิจารณาการมีอยู่ของน้ำของเหลวหรือการมีอยู่ของในการตรวจจับสิ่งมีชีวิตการตรวจจับดังกล่าวสามารถทำได้โดยการศึกษาสเปกตรัมของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะการตรวจวัดที่เราสามารถทำได้ในปัจจุบัน ดาวเคราะห์พิเศษแสงอาทิตย์ไกลค้นพบเพื่อให้ห่างไกลในระยะทาง 27,700 ปีแสง ดังนั้นคำตอบบางส่วนสำหรับคำถามของคุณคือการศึกษาสเปกตรัมของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่พบในเขตที่อยู่อาศัยของดวงดาวเพื่อค้นหาลายเซ็นของสัญญาณบอกเล่าเรื่องราวแห่งชีวิต ขณะนี้เรามีเทคโนโลยีในการวัดสเปกตรัมการสะท้อนแสงของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะเช่นVLT ของ ESO , หอดูดาวราศีเมถุนแต่ไม่ทราบว่า SETI มีความสามารถนั้นหรือไม่ คุณสามารถค้นหางานของ$O_2$และเครื่องมือ OSIRIS บน GTCดร. ซาราซีเกอร์

ฉันเลิกตอบคำถามนี้เพราะมันกว้างเกินไปโดยไม่ระบุวิธีการตรวจจับแบบใดที่เสนอ แต่ถ้าคุณตอบมันโดยตรงจากมุมมองของ - ถ้าเราจะใช้ระบบสุริยจักรวาลและวางมันในระยะที่ห่างจากเราเราจะสามารถตรวจจับสัญญาณของสิ่งมีชีวิตบนโลก - คำตอบก็อาจจะไม่

การใช้เทคโนโลยีปัจจุบัน (และโดยที่ฉันหมายถึงการทดลองและกล้องโทรทรรศน์ที่มีอยู่ในตอนนี้) เราอาจจะไม่สามารถตรวจจับสิ่งมีชีวิตบนโลกแม้ว่าจะสังเกตจากระยะทางไม่กี่ปีแสง ดังนั้นจึงไม่มีดาวในทรงกลมนี้ (นอกเหนือจากดวงอาทิตย์)

1. ไม่มีดาวเคราะห์ที่ค่อนข้างเหมือนโลกที่ตรวจพบรอบดาวฤกษ์อื่น กล่าวคือไม่มีใครที่มีมวลรัศมีและวงโคจรคล้ายกันที่ 1 au (หรือใกล้เคียงกับมัน) จากดาวประเภทสุริยะ [แก้ไข: แน่นอนตอนนี้มีคู่แข่งใกล้ชิดใน Kepler-452b แม้ว่ามันจะเป็น 60 ใหญ่กว่าโลก เจนกิ้นส์และคณะ 2558. ] ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันมันใกล้จะถึงแล้ว ดังนั้นการค้นหาสิ่งมีชีวิตบนโลกโดยตรงนั้นมีสถานที่จำนวน จำกัด ที่จะเริ่ม หากคุณไม่สามารถตรวจจับดาวเคราะห์ได้เลยก็ไม่มีโอกาสที่จะมององค์ประกอบทางบรรยากาศเพื่อค้นหาตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ (เช่นออกซิเจนพร้อมกับก๊าซลดเช่นมีเธนหรือคลอโรฟลูออโรคาร์บอนจากอารยธรรมอุตสาหกรรม - Lin et al. 2014 ) ดาวเคราะห์นอกระบบเพียงดวงเดียวที่มีองค์ประกอบบรรยากาศได้รับการวัด (หยาบและไม่แน่นอน) คือ "จูปิเตอร์ร้อน" - ดาวเคราะห์นอกระบบยักษ์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์แม่อย่างใกล้ชิด

2. การค้นหา "คนตาบอด" อาจมองหาลายเซ็นวิทยุและแน่นอนว่านี่คือสิ่งที่ SETI ได้ทำไว้ หากเรากำลังพูดถึงการตรวจจับ "โลก" จากนั้นเราจะต้องสมมติว่าเราไม่ได้พูดถึงความพยายามในการสื่อสารอย่างจงใจและต้องพึ่งพาการตรวจหา "การพูดพล่อย" วิทยุสุ่มและสัญญาณที่เกิดจากอารยธรรมของเราโดยบังเอิญ โครงการ SETI Phoenix เป็นการค้นหาสัญญาณวิทยุที่ทันสมัยที่สุดจากชีวิตอัจฉริยะอื่น ๆ การอ้างอิงจากCullers และคณะ (2000) : " สัญญาณทั่วไปเมื่อเทียบกับสัญญาณที่แข็งแกร่งที่สุดของเราอยู่ต่ำกว่าเกณฑ์การตรวจจับของการสำรวจส่วนใหญ่แม้ว่าสัญญาณจะมาจากดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุด " ข้อความจากTarter (2001) : "ที่ระดับความไวในปัจจุบันการค้นหาด้วยไมโครเวฟเป้าหมายสามารถตรวจจับพลังที่เทียบเท่าของเครื่องส่งสัญญาณโทรทัศน์ที่แข็งแกร่งในระยะ 1 ปีแสง (ซึ่งไม่มีดาวดวงอื่น) ... "การแยกตัวในแถลงการณ์เหล่านี้เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่า เราทำปล่อยสัญญาณคานแข็งแกร่งในทิศทางที่ดีที่กำหนดบางอย่างเช่นการดำเนินมาตรวิทยาในระบบสุริยะโดยใช้เรดาร์. สัญญาณดังกล่าวได้รับการคำนวณให้เป็นที่สังเกตได้กว่าพันปีแสงหรืออื่น ๆ อีกมากมาย. แต่สัญญาณเหล่านี้เป็นช่วงสั้น ๆ คานเป็น มุมแคบมากและไม่น่าจะทำซ้ำคุณจะต้องโชคดีมากที่ได้สังเกตในทิศทางที่ถูกต้องในเวลาที่เหมาะสมหากคุณทำการค้นหาเป้าหมาย

ดังนั้นการยืนยันของฉันว่าด้วยวิธีการและกล้องโทรทรรศน์ในปัจจุบันมีโอกาสประสบความสำเร็จไม่มาก แต่แน่นอนว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและในอีก 10-20 ปีข้างหน้าอาจมีโอกาสที่ดีกว่า

ขั้นตอนแรกในการค้นหาโดยตรงคือการค้นหาดาวเคราะห์อย่างโลก โอกาสสำคัญครั้งแรกที่จะเกิดขึ้นกับยานอวกาศ TESSซึ่งเปิดตัวในปี 2560 สามารถตรวจจับดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลกรอบดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุด 500,000 ดวง อย่างไรก็ตามภารกิจ 2 ปีนั้นจะจำกัดความสามารถในการตรวจจับอะนาล็อกของโลก ทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการค้นหา Earth อื่น ๆ จะมาภายหลัง (2024 บางที) ด้วยการเปิดตัวPlatoภารกิจหกปีที่ศึกษาดวงดาวที่สว่างที่สุดอีกครั้ง อย่างไรก็ตามมีการก้าวกระโดดครั้งใหญ่เพื่อทำการศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์เหล่านี้ การถ่ายภาพโดยตรงและสเปกโทรสโกปีอาจต้องใช้อินเทอร์มิเตอร์แบบโมฆะในอวกาศ การสำรวจทางอ้อมของเฟส - เอฟเฟกต์และการส่งสเปคโทรสโคปผ่านบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบไม่ต้องการความละเอียดเชิงมุมที่ยอดเยี่ยมเพียงความแม่นยำขนาดใหญ่และพื้นที่การรวบรวม สเปคโทรสโคปของบางสิ่งบางอย่างขนาดของโลกรอบดาวฤกษ์ปกติน่าจะต้องมีผู้สืบทอดที่ใหญ่กว่าสำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ( JWST - เปิดตัวในปี 2561) หรือพื้นที่เก็บรวบรวมมากกว่าที่ E-ELT จะให้ในทศวรรษหน้า เช่นSnellen (2013) ระบุว่าจะใช้เวลาประมาณ 80-400 transits- มูลค่าเวลาในการเปิดรับ (เช่น 80-400 ปี!) เพื่อตรวจจับสัญญาณ biomarker ของอะนาล็อกโลกด้วย E-ELT!

$\sim 150$

ฉันพบคำตอบที่ยากมากวิธีการตรวจจับมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตรวจจับของเรา มีสองวิธีที่เป็นไปได้ที่ฉันนึกได้ วิธีแรกเกี่ยวข้องกับความเร็วแสงและการสร้างคลื่นของเรา ประการที่สองเกี่ยวข้องกับวิธีที่เราปรับแต่งบรรยากาศของเรา

การผลิตคลื่น (วิทยุ) ของเราเริ่มต้นเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 หากเราใช้จุดอ้างอิงพูดในปี 1900 เราแพร่ภาพเป็นเวลา 115 ปีด้วยความเร็วแสงสายพันธุ์ที่อยู่ห่างออกไปไม่เกิน 115 ปีแสงสามารถตรวจจับเราได้ ดังนั้นความคิดของรายการ SETI ตามที่ราหุลได้แนะนำด้วยความตั้งใจที่จะออกอากาศเอง

วิธีที่ดีที่สุดและสิ่งที่ฉันเห็นได้จากการทำงานกับมนุษย์ในการค้นหาคนอื่น ๆ ก็คือพิษจากบรรยากาศ มีสารไฮโดรคาร์บอนเฉพาะในชั้นบรรยากาศของเราที่มนุษย์คิดว่าผลิตได้ถ้าเราคิดแบบนี้มันน่าจะเป็นไปได้ที่เราอาจตรวจพบพิษจากบรรยากาศรอบดาวเคราะห์นอกระบบ การตรวจจับออกซิเจนเพียงอย่างเดียวนั้นไม่เพียงพอเนื่องจากมันไม่ได้บ่งบอกว่ามีชีวิตอยู่ออกซิเจนสามารถผลิตได้ตามธรรมชาติในปริมาณ จำกัด ตามที่พบที่อื่นในระบบสุริยจักรวาลอย่างไรก็ตามเพื่อรักษารูปแบบของคาร์บอนตามตัวเรา การตรวจจับมลภาวะเป็นวิธีที่สมเหตุสมผลกว่าในการตั้งครรภ์ หากเราสามารถผลิตองค์ประกอบที่ไม่พบตามธรรมชาติมันเป็นข้อบ่งชี้ที่ชัดเจนว่าสปีชีส์วางไว้ที่นั่น สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับความเร็วของแสงด้วย อย่างไรก็ตามมนุษย์ที่ทำให้มลภาวะมีอยู่ก่อนยุคคลื่นและมีการส่งผ่านแสงนานกว่าการผลิตคลื่นของเรา ข้อเสียคือวิธีการตรวจจับของมลพิษในปัจจุบันมนุษย์เราพึ่งพาการใช้ดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์ transiting เพื่อตรวจสอบองค์ประกอบหรือข้อมูลสเปกตรัมที่แม่นยำน้อยกว่า (ซึ่งไม่ได้บ่งบอกถึงวัสดุบรรยากาศ)

มุมมองอีกมุมมองหนึ่งคือการมองระดับKardashevเราสามารถใช้เทคโนโลยีเพื่อกำหนดคำตอบนั้นขึ้นอยู่กับการใช้พลังงาน หากเราสามารถตรวจจับสนามแรงโน้มถ่วงขนาดใหญ่และไม่มีแหล่งพลังงานที่ชัดเจนพลังงานอาจถูกเก็บเกี่ยวโดยสปีชีส์อื่น เช่นทรงกลมไดสัน ฉันเชื่อว่าการตรวจจับเช่นนั้นจะง่ายเกินไปที่จะมองข้ามเพราะไม่ใช่สิ่งที่เผ่าพันธุ์ของเรากำลังค้นหาอยู่ ในขณะที่สิ่งนี้ถือได้ว่าเป็นทฤษฎีที่ตรวจจับได้จริง แต่สปีชีส์อื่นอาจสามารถตรวจจับการใช้พลังงานบนโลกของเราผ่านแสงของดาวเคราะห์และบรรยากาศของเราพร้อมกับการเพิ่มอุณหภูมิพื้นผิว

ฉันเชื่อว่าอย่างดีที่สุดสำหรับการแทรกแซงของมนุษย์เราอาจจะอยู่ในช่วง 100-150 ปีแสง สำหรับการตรวจจับชีวิตโดยทั่วไปฉันไม่สามารถจินตนาการถึงยุคก่อนสมัยใหม่ได้หากมีวิธีง่ายๆในการพิจารณาว่าชีวิตมีอยู่หากมองจากที่อื่นนอกเหนือจากความจริงที่ว่าเรามีระบบที่มั่นคงซึ่งประกอบด้วยน้ำของเหลวและออกซิเจนในบรรยากาศ

เราอาจเชื่อมั่นเกินกว่าที่จะให้ข้อโต้แย้งจากมุมมองของเราว่าเป็นสิ่งมีชีวิตบนพื้นฐานของคาร์บอนหากสปีชี่อื่น ๆ ที่ก้าวหน้าหรือมากกว่าเราไม่ได้อยู่บนพื้นฐานของคาร์บอนมันอาจเป็นไปได้มาก ในทางเดียวกันเรามองหาสิ่งบ่งชี้ที่เราจินตนาการว่าตรวจจับตัวเองด้วย

แก้ไข:ตามที่ร้องขอโดย Rob Jeffries; ไม่ได้การใช้มาตรการส่งภาพโดยใช้เทคโนโลยีในปัจจุบันยังไม่สามารถทำได้ At 1lyEarth จะปรากฏเป็น2.776*10^-4″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^12)หรือ2.776masซึ่งเป็นไปได้โดยกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากของ ESOซึ่งมีความละเอียดเชิงมุมที่สามารถถ่ายภาพได้ในหน่วยมิลลิวินาที ที่10lyโลกจะปรากฏเป็น2.776*10^-5″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^13)หรือ277.6μasเป็นไปได้หลังจากเสร็จกล้องโทรทรรศน์อาร์เรย์เชอเรนคอฟซึ่งมีความละเอียดเชิงมุมที่สามารถถ่ายภาพในหน่วยไมโครวินาที ขณะที่อาร์เรย์ Cherenkov กล้องโทรทรรศน์จะถูก จำกัด100μasที่400nmไม่สามารถที่จะภาพในระดับต่อไปนี้มันเราจะถ่ายภาพที่1μas ยานอวกาศ Gaiaสามารถแก้ไขได้ถึง100ly20μasอย่างไรก็ตามไม่สามารถถ่ายภาพในระดับนี้ ศูนย์วิจัยนาซ่าเอมส์กำลังแสดงความสามารถ5μasในการแก้ปัญหาลงไปจนถึงความพยายามในการแก้ปัญหา1μasอย่างไรก็ตามสิ่งที่ไม่ใช่ความละเอียดการถ่ายภาพ สำหรับคลื่นวิทยุแท้จริงแล้วฉันไม่ได้กล่าวถึงกฎกำลังสองผกผันและความเสื่อมของคลื่น สำหรับเราเป็นมนุษย์ใช่ไม่กี่ปีแสงอาจเป็นไปได้ที่มีขอบเขตของความเป็นไปได้เปิดขึ้นกับอาร์เรย์ตารางกิโลเมตร

หากคุณต้องการให้ฉันไปถอน guesstimate ของฉันจากครั้งแรกมลพิษและการขนส่งเสลี่ยงในความเป็นจริงไปได้โดยใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบันภายใน1ly, 1yrที่ตราไว้กับเครื่องรับวิทยุที่มีอยู่ภายใน หากคุณยับยั้งจากความจริงที่ว่าเครื่องมือใหม่ไม่ได้ถูกสร้างขึ้น แต่คุณสามารถเพิ่มสิ่งนี้ได้อย่างมากมาย100lyเพียงเพราะบางสิ่งที่ไม่ได้สร้างขึ้นไม่ได้ทำให้เทคโนโลยีไม่มีอยู่จริง (เทคโนโลยี SKA เป็นไปได้หรือไม่ใช่เรามี เทคโนโลยีที่จะทำให้มันเกิดขึ้นตอนนี้เราไม่ได้ทำมันไม่ได้ทำให้มันเป็นเทคโนโลยีที่ไม่มีอยู่)

Seti Homeได้ตีพิมพ์ผลการค้นพบดาวเคราะห์ขนาดโลกแรกที่ตรวจพบจากการผ่านหน้า การตีพิมพ์เพิ่มเติมโดยห้องสมุดมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์อ้างว่าดาวเคราะห์อยู่ในเขตเอื้ออาศัยและบอกเป็นนัยว่าเป็นไปได้ที่จะมีชั้นบรรยากาศและของเหลว H20 บนพื้นผิว เคปเลอร์ยานอวกาศที่ตรวจพบการค้นพบนี้ในกรณีที่คุณไม่รู้จักเคปเลอร์แมโค้งแสงเป็น transits ร่างกายทั่วใบหน้าของร่างกายผู้อื่นนี้เรียกว่าการขนส่ง เพื่อที่จะแนะนำว่าเทคโนโลยีนี้ไม่ได้มีอยู่นั้นเป็นเรื่องผิดปกติถ้าคุณต้องการอะนาล็อกที่แท้จริงต่อโลกอย่างที่เป็นอยู่ด้วยเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้ว 1lyหากคุณต้องการใช้เทคโนโลยีที่เป็นไปได้ 100ly.