chúng ta có thể phát hiện Trái đất có sự sống bao xa?

Tôi đoán là các hành tinh mang sự sống cách nhau quá xa để được phát hiện. Tôi nghĩ rằng chúng ta chỉ có thể tìm thấy những cái trong một quả cầu xung quanh hành tinh của chúng ta có đường kính 100 năm ánh sáng nhưng tôi nghi ngờ các hành tinh mang sự sống có thể ở xa hơn thế nhiều.

Tôi muốn ước tính đường kính của quả cầu trong đó chúng ta có thể phát hiện sự sống trên một hành tinh khác và sau đó ước tính xác suất có sự sống trong quả cầu đó.

Ví dụ, cung cấp cho công nghệ hiện tại của chúng tôi khoảng cách xa nhất có thể phát hiện sự sống trên Trái đất là bao nhiêu? Có bao nhiêu ngôi sao như mặt trời của chúng ta ở trong quả cầu đó? Sẽ mất bao lâu để SETI loại trừ từng ngôi sao đó?

Phụ thuộc vào những gì bạn có nghĩa là bằng cách phát hiện cuộc sống. Như được giải thích trong bài đăng này nếu như của Randall Munroe , loài tảo trên trái đất sẽ nói với người ngoài hành tinh về chúng ta trước khi chúng ta có thể nói với họ về chúng ta.

Nếu bạn coi sự hiện diện của nước lỏng hoặc sự hiện diện của là phát hiện sự sống, thì việc phát hiện đó có thể được thực hiện bằng cách nghiên cứu quang phổ của các hành tinh ngoài mặt trời, các phép đo mà chúng ta hiện có thể thực hiện. Hành tinh ngoài mặt trời xa nhất được phát hiện cho đến nay là ở khoảng cách 27.700 năm ánh sáng . Vì vậy, một câu trả lời một phần cho các câu hỏi của bạn sẽ là nghiên cứu quang phổ của mọi hành tinh ngoài mặt trời được tìm thấy trong vùng có thể ở được trong hoàn cảnh để tìm kiếm chữ ký của các dấu hiệu nhận biết về sự sống. Hiện tại chúng tôi có công nghệ đo phổ phản xạ quang học của một hành tinh ngoài mặt trời, ví dụ như VLT của ESO , Đài thiên văn Gemini và thiết bị OSIRIS trên GTC$O_2$nhưng tôi không biết nếu SETI có khả năng đó. Bạn có thể tìm kiếm thêm công việc của Tiến sĩ Sara Seager .

Tôi đã ngừng trả lời câu hỏi này vì nó có vẻ quá rộng mà không chỉ định loại phương pháp phát hiện nào được đề xuất. Nhưng nếu bạn trả lời trực tiếp từ góc độ - nếu chúng ta lấy hệ mặt trời và đặt nó ở một khoảng cách nào đó với chúng ta, liệu chúng ta có thể phát hiện các dấu hiệu sự sống trên hành tinh Trái đất - thì câu trả lời có lẽ là không.

Sử dụng công nghệ hiện tại (và ý tôi là các thí nghiệm và kính viễn vọng hiện có), có lẽ chúng ta sẽ không thể phát hiện sự sống trên Trái đất ngay cả khi được quan sát từ khoảng cách vài năm ánh sáng. Do đó, không có ngôi sao nào trong phạm vi này (ngoài Mặt trời).

1. Không có hành tinh nào giống như Trái đất chưa được phát hiện xung quanh một ngôi sao khác. Điều đó có nghĩa là, không ai có khối lượng, bán kính và quỹ đạo tương tự ở mức 1 au (hoặc gần với nó) từ một ngôi sao kiểu mặt trời [EDIT: Tất nhiên bây giờ có một ứng cử viên gần gũi trong Kepler-452b, mặc dù nó là 60 % lớn hơn Trái đất; Jenkins và cộng sự. 2015. ]. Với công nghệ hiện tại, nó chỉ là trong tầm tay. Do đó, bất kỳ tìm kiếm trực tiếp nào cho sự sống trên Trái đất đều có số lượng hạn chế các địa điểm bắt đầu. Nếu bạn không thể phát hiện các hành tinh ở tất cả sau đó hoàn toàn không có cơ hội nhìn vào thành phần khí quyển của nó để tìm kiếm dấu sinh học (ví dụ như oxy cùng với một khí giảm như mêtan, hoặc chlorofluorocarbons từ một nền văn minh công nghiệp - Lin et al 2014.). Các ngoại hành tinh duy nhất mà các thành phần khí quyển đã được (thô sơ và dự kiến) được đo là "Sao Mộc nóng". - các ngoại hành tinh khổng lồ quay quanh rất gần các ngôi sao mẹ của chúng.

2. Một tìm kiếm "mù" có thể tìm kiếm chữ ký radio và tất nhiên đây là điều mà SETI đã và đang làm. Nếu chúng ta đang nói về việc phát hiện "Trái đất", thì chúng ta phải cho rằng chúng ta không nói về những nỗ lực truyền tin có chủ ý trong giao tiếp, và do đó phải dựa vào việc phát hiện "cuộc trò chuyện" vô tuyến ngẫu nhiên và tín hiệu vô tình do nền văn minh của chúng ta tạo ra. Dự án SETI Phoenix là tìm kiếm tiên tiến nhất cho tín hiệu vô tuyến từ cuộc sống thông minh khác. Trích dẫn từ Cullers et al. (2000) : " Các tín hiệu điển hình, trái ngược với các tín hiệu mạnh nhất của chúng tôi, nằm dưới ngưỡng phát hiện của hầu hết các khảo sát, ngay cả khi tín hiệu bắt nguồn từ ngôi sao gần nhất ". Trích dẫn từ Tarter (2001) : "Ở mức độ nhạy cảm hiện tại, các tìm kiếm vi sóng được nhắm mục tiêu có thể phát hiện sức mạnh tương đương của các máy phát TV mạnh ở khoảng cách 1 năm ánh sáng (trong đó không có ngôi sao nào khác) ... ". Sự tương đương trong các tuyên bố này là do thực tế là chúng ta làm phát ra tín hiệu tươi cười mạnh theo các hướng rõ ràng nhất định, ví dụ để tiến hành đo lường trong hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng radar. tín hiệu như vậy đã được tính toán để có thể quan sát được hơn một nghìn năm ánh sáng trở lên. Tuy nhiên, những tín hiệu ngắn gọn, rạng rỡ vào một góc cực hẹp và khó có thể lặp lại. Bạn sẽ phải rất may mắn khi quan sát đúng hướng vào đúng thời điểm nếu bạn đang thực hiện các tìm kiếm được nhắm mục tiêu.

Do đó tôi khẳng định rằng với các phương pháp và kính viễn vọng hiện tại không có nhiều cơ hội thành công. Nhưng tất nhiên tiến bộ công nghệ và trong 10-20 năm tới có thể có những cơ hội tốt hơn.

Bước đầu tiên trong tìm kiếm có hướng là tìm các hành tinh như Trái đất. Cơ hội lớn đầu tiên sẽ là với tàu vũ trụ TESS , ra mắt vào năm 2017, có khả năng phát hiện các hành tinh có kích thước trái đất xung quanh 500.000 ngôi sao sáng nhất. Tuy nhiên, nhiệm vụ 2 năm sẽ hạn chế khả năng phát hiện tương tự Trái đất. Đặt cược tốt nhất cho việc tìm kiếm các Trái đất khác sẽ đến sau (có lẽ là năm 2024) với sự ra mắt của Plato, một nhiệm vụ sáu năm một lần nữa, nghiên cứu những ngôi sao sáng nhất. Tuy nhiên, sau đó có một bước tiến lớn cần thiết để thực hiện các nghiên cứu về bầu khí quyển của các hành tinh này. Hình ảnh và quang phổ trực tiếp có thể sẽ yêu cầu giao thoa kế không gian; các quan sát gián tiếp về hiệu ứng pha và quang phổ truyền qua bầu khí quyển ngoại hành tinh không đòi hỏi độ phân giải góc lớn, chỉ cần độ chính xác lớn và diện tích thu thập. Quang phổ của một cái gì đó có kích thước Trái đất xung quanh một ngôi sao bình thường có thể sẽ cần một người kế thừa lớn hơn cho Kính viễn vọng Không gian James Webb ( JWST - ra mắt 2018), hoặc thậm chí nhiều khu vực thu thập hơn sẽ được E-ELT cung cấp trong thập kỷ tới. Ví dụ Snellen (2013) lập luận rằng sẽ mất 80-400 thời gian phơi sáng (tức là 80-400 năm!) để phát hiện tín hiệu dấu ấn sinh học của một chất tương tự Trái đất với E-ELT!

Có ý kiến ​​cho rằng các dự án và công nghệ kính viễn vọng vô tuyến mới như Square Kilometre Array có thể có khả năng phát hiện ra "cuộc trò chuyện" vô tuyến ở khoảng cách 50 pc ( năm ánh sáng) - xem Loeb & Zaldarriaga (2007) . Mảng này, do bắt đầu hoạt động đầy đủ một thời gian sau năm 2025 cũng có thể giám sát vô số hướng cùng một lúc cho các tín hiệu được chiếu. Một tổng quan tốt về những gì có thể có thể trong tương lai gần được đưa ra bởi Tarter et al. (2009) .$\sim 150$

Tôi thấy điều này rất khó trả lời, phương pháp phát hiện rất quan trọng trong việc chúng ta có thể phát hiện được bao xa. Có hai phương pháp có thể xảy ra mà tôi có thể nghĩ ra, một phương pháp vượt trội hơn phương pháp kia. Phương pháp đầu tiên liên quan đến tốc độ ánh sáng và quá trình tạo sóng của chúng ta. Thứ hai liên quan đến cách chúng tôi đã điều chỉnh bầu không khí của chúng tôi.

Việc sản xuất sóng (radio) của chúng tôi bắt đầu từ cuối thế kỷ 19, nếu chúng tôi sử dụng một điểm tham chiếu, giả sử là 1900; chúng tôi đã phát sóng được 115 năm, với tốc độ ánh sáng, một loài không quá 115 năm ánh sáng có thể phát hiện ra chúng tôi. Do đó, ý tưởng về chương trình SETI như Rahul đã đề xuất, với ý định phát sóng chính chúng ta.

Phương pháp tốt nhất, và phương pháp tôi có thể thấy làm việc cho con người khi tìm kiếm người khác, là ngộ độc khí quyển. Có những hydrocacbon cụ thể trong bầu khí quyển của chúng ta được cho là do con người tạo ra, nếu chúng ta nghĩ như vậy, thì chúng ta cũng có thể phát hiện ra ngộ độc khí quyển xung quanh một hành tinh ngoại. Phát hiện oxy đơn giản là không đủ, vì nó không chỉ ra rằng sự sống tồn tại, oxy có thể được sản xuất một cách tự nhiên với số lượng hạn chế như được tìm thấy ở nơi khác trong hệ mặt trời, tuy nhiên để duy trì các dạng sống dựa trên carbon như chúng ta sẽ phải có rất nhiều. Phát hiện các chất ô nhiễm là cách hợp lý hơn để phát hiện thụ thai. Nếu chúng ta có thể tạo ra các yếu tố không được tìm thấy một cách tự nhiên, thì đó là một dấu hiệu rõ ràng rằng một loài đặt nó ở đó. Điều này cũng phụ thuộc vào tốc độ ánh sáng, tuy nhiên, chất gây ô nhiễm do con người tạo ra đã tồn tại kỷ nguyên tiền sóng và thời gian truyền ánh sáng lâu hơn so với việc sản xuất sóng. Nhược điểm là phương pháp phát hiện các chất gây ô nhiễm, hiện tại là con người chúng ta dựa vào việc sử dụng một ngôi sao có hành tinh chuyển tiếp để xác định thành phần hoặc dữ liệu phổ kém chính xác hơn (không chỉ ra vật liệu khí quyển).

Một quan điểm khác đang xem xét thang đo Kardashev , người ta có thể đưa ra rằng chúng ta có công nghệ để xác định câu trả lời đó dựa trên mức tiêu thụ năng lượng. Nếu chúng ta có thể phát hiện một trường hấp dẫn lớn và không có nguồn năng lượng rõ ràng, năng lượng có thể được thu hoạch bởi một loài khác; chẳng hạn như một quả cầu Dyson. Một phát hiện như vậy tôi tin rằng sẽ quá dễ dàng để bỏ qua vì đó không phải là thứ mà loài chúng ta đang tích cực tìm kiếm. Trong khi điều này giúp xác định rõ hơn về phát hiện lý thuyết, một loài khác có thể phát hiện mức tiêu thụ năng lượng trên hành tinh của chúng ta, thông qua việc chiếu sáng hành tinh và khí quyển của chúng ta cùng với việc tăng nhiệt độ bề mặt.

Tôi tin rằng tốt nhất, đối với sự can thiệp của con người, chúng ta có thể đang tìm kiếm trong phạm vi 100-150 năm ánh sáng. Đối với việc phát hiện sự sống nói chung, tôi không thể tưởng tượng được thời kỳ tiền hiện đại nếu có một cách đơn giản để xác định rằng sự sống tồn tại nếu nhìn từ nơi khác ngoài thực tế chúng ta có một hệ thống ổn định chứa nước lỏng và oxy trong khí quyển.

Chúng tôi có thể quá phụ thuộc vào việc đưa ra lập luận theo quan điểm của chúng tôi là các dạng sống dựa trên carbon, nếu một loài khác tiến bộ hơn chúng tôi không dựa trên carbon, thì rất có thể chúng đang tìm kiếm các chỉ dẫn khác được bản địa hóa hơn cho các loài của chúng , giống như cách chúng ta tìm kiếm các chỉ dẫn mà chúng ta tưởng tượng phát hiện ra chính mình.

EDIT: Theo yêu cầu của Rob Jeffries; KHÔNG, sử dụng phương pháp trắc quang chuyển tiếp bằng công nghệ hiện tại ngày nay vẫn chưa thể thực hiện được. Tại 1lyTrái đất sẽ xuất hiện dưới dạng 2.776*10^-4″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^12)hoặc 2.776mas, có thể bởi Kính thiên văn Rất lớn của ESO có độ phân giải góc có thể chụp ảnh trong một mili giây. Tại 10lyTrái đất sẽ xuất hiện dưới dạng 2.776*10^-5″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^13)hoặc 277.6μas, sau khi hoàn thành Mảng Kính thiên văn Cherenkov có độ phân giải góc có thể chụp ảnh trong microarcs giây. Trong khi Mảng kính thiên văn Cherenkov, bị giới hạn 100μasở 400nmvà không thể chụp ảnh 1μas, ở cấp độ tiếp theo, chúng tôi đang chụp ảnh 100ly. Các tàu vũ trụ Gaia có thể giải quyết đến20μastuy nhiên không thể hình ảnh ở cấp độ này. Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA đang thể hiện khả năng phân giải 5μastrong nỗ lực giải quyết 1μas, tuy nhiên một lần nữa, đó không phải là độ phân giải hình ảnh. Đối với sóng vô tuyến, thực sự đủ tôi đã không đề cập đến luật bình phương nghịch đảo và suy thoái sóng. Đối với chúng ta là con người, vâng, một vài năm ánh sáng có thể khả thi với một khả năng mở ra với Square Kilometre Array .

Nếu bạn muốn tôi rút lại dự đoán của mình ngay từ lần đầu tiên, thì thực tế có thể sử dụng công nghệ hiện tại trong ô nhiễm 1ly, ngang bằng với các máy thu radio hiện có 1yr. Nếu bạn ngăn cản thực tế là các công cụ mới tuy nhiên chưa được chế tạo, bạn có thể tăng đáng kể công cụ này lên 100ly, chỉ vì thứ gì đó không được chế tạo không làm cho công nghệ không tồn tại (Công nghệ SKA có khả thi không? Có, chúng tôi có công nghệ để làm cho nó xảy ra ngay bây giờ, chúng tôi đã không làm như vậy. Điều đó không làm cho nó trở thành công nghệ không tồn tại).

Seti Home đã công bố phát hiện về hành tinh có kích thước trái đất đầu tiên được phát hiện từ quá cảnh. Công bố thêm bởi Thư viện Đại học Cornell tuyên bố rằng hành tinh nằm trong vùng có thể ở được và ngụ ý rằng nó có khả năng có bầu khí quyển và chất lỏng H20 trên bề mặt. Các Kepler tàu vũ trụ được phát hiện phát hiện này, trong trường hợp bạn không biết, Kepler bản đồ đường cong ánh sáng như một lần đi qua cơ thể trên toàn bộ mặt của cơ thể khác, điều này được gọi là Transit . Thậm chí còn đề xuất rằng công nghệ này không tồn tại là vô lý, nếu bạn muốn một sự tương tự thực sự với Trái đất, với công nghệ đã tồn tại; 1ly, nếu bạn muốn sử dụng công nghệ có thể tuy nhiên không được xây dựng; 100ly.