Не буду зосереджуватися на критиці безпосередньо парадоксу Фермі зараз. Просто скажу, що є багато досліджень, які не дозволяють впевнено сказати, що парадокс дійсно є парадоксом. Тим не менш у відповідь на парадокс Фермі було сформульовано безліч гіпотез та навіть теорій, які відповідають на цей парадокс. Це і Темний Ліс, і Зоопарк, і Літня Сплячка, і всяке таке інше.
Гіпотеза Унікальної Землі, як раз зосереджується на тому, що сам постулат про можливість існування великої кількості придатних планет для виникнення розвиненого життя занадто оптимістичний.
Навіщо потрібна ця теорія в принципі? Для того щоб довести, що саме розвинене життя може бути рідкістю у Всесвіті, в умовах, коли ми вже майже впевнені, що життя виникає на Землі відразу після Пізнього Важкого Бомбардування. Так називається період десь в районі 4 мільярдів років тому, коли Земля та Місяць ловили собою залишки від побудови Сонячної Системи і самих себе.
Дивіться. За мейнстрімною теорію виникнення Землі 4,5 мільярда років тому Земля остаточно створюється разом з Місяцем в результаті зіткнення з іншою планетою(її називають Тейя). Важке Бомбардування проходить десь у межах 4,1 - 3,8 мільярда років.
Найдавнішим відомим строматолітам, які вважаються результатом діяльності біологічних істот(вже бактерій, точніше бактеріальних матів) – 3,7 мільярда років. Ну може 3,5 мільярдів тому, якщо бути точно впевненими. І це вже результати діяльності скоріш за все саме БАКТЕРІЙ(тобто організмів, які від мертвої матерії знаходяться набагато далі, ніж ми від бактерій). І це дуже помітний слід у геологічних відкладеннях. Тобто за сотні мільйони років трупи і результати життєдіяльності бактерій залишили декілька метрів відкладень, які перетворились за мільярди років на строматоліти. Їх багато було тих бактерій, вже 3,5 мільярди років тому.
Тобто десь 4 мільярди років тому поверхня все ще гаряча, падають комети та уламки від утворення Землі на поверхню Землі. А вже 3,5 мільярда років тому на поверхні Землі є величезна кількість бактерій, які залишають по собі дуже помітні сліди. Тобто життя виникає і розвивається від першої ДНК чи РНК і аж до первинних бактерій за півмільярда років. А скоріш за все набагато швидше.
Для пояснення такої швидкості треба відмітити наступне. Якщо вважати що життя виникло саме на Землі, то перед біологічною еволюцією була пребіотична або хімічна еволюція. Перед появою ДНК на Землі був «світ РНК», а перед тим «світ ПАВ», тобто поліароматичних вуглеводнів. Але загалом пребіотична еволюція скоріш за все почалася у Всесвіті задовго до появи Сонячної Системи, не кажучи вже про появу земної поверхні. Десь через мільярд років після Великого Вибуху самий ранній строк. І ця еволюція йшла у газових туманностях, які залишили по собі вибухи перших зірок, коли у Всесвіті з’являються елементи більш важкі за водень та гелій.
На невеличких пилових частинках та кришталиках льоду у космосі, можуть йти достатньо складні реакції. І в межах пребіотичної еволюції завдяки таким реакціям з’явилися перші органічні молекули(альдегіди, спирти та сахари), а також можливо навіть амінокислоти(гліцин). Це ще не життя, це просто молекули, які мають у складі вуглець. Відповідно частинки майбутнього життя гасають по всьому Всесвіту вже більше 10 мільярдів років щонайменше. Умови для появи елементарного життя можуть бути майже всюди, бо Земля під час Важкого Бомбардування місце з досить неприємними умовами, а життя у нас виникло, і це факт.
Відповідно завдання ГУЗ пояснити, чому у Всесвіті, який придатний для самостійного створення частинок життя, це життя не розвивається до високорозвиненого чи розумного більш менш масово на безлічі планет.
Парадокс Фермі не був науковим постулатом. Загалом ми навіть не впевнені, що Фермі таке казав. Тому було сформульоване рівняння Дрейка, як варіант хоч якось систематизувати та підрахувати вірогідність існування розвинених цивілізацій у нашій Галактиці. Спроба була така собі. В рівнянні Дрейка(в будь-якому з варіантів) багато множників, які беруться майже зі стелі. Це і було тривалий час великою проблемою, тому автори ГУЗ вирішили розширити рівняння Дрейка, що призвело до його суттєвого ускладнення.
Само рівняння я тут приводити не буду, аби занадто не ускладнювати текст. Наведу лише аргументи.
Починається підбір умов для виникнення життя не з самої планети. І навіть не з сонячної системи. А з галактики. Справа в тому, що еліптичні галактики та кулясті скупчення(як окремі, так і поряд з нашою Галактикою) мають занадто мало важких елементів, які потрібні для створення життя. Також в кулястих скупченнях замало газу та пилу, там все старе і всі запчастини давно вже впали на зорі. До того ж у кулястих скупченнях відстань між зорями дуже маленька, і вони постійно взаємодіють між собою, в тому числі стикаються. Корочі тут життя нема, ні розвиненого, ні навіть простішого скоріш за все, каже нам ГУЗ. Йому просто не буде з чого утворитися. Всі зірки та сонячні системи старі і в них нема потрібних елементів, і вже не з’являться, принаймні якщо не буде зіткнення таких галактик між собою, або з іншими галактиками. А це довгий процес – мільярди років.
Але навіть у в нашій Галактиці є проблемні місця. Далеко від центру Галактики та далеко від екліптики також замало важких елементів. І життю нема з чого створюватися. В центрі Галактики також в зірках зазвичай замало важких елементів. Але тут вже можуть існувати і молоді зорі з достатньою кількістю важких елементів, вони виникають в результаті зіткнень або інших катастрофічних процесів. Але знову ж таки відстань між зорями тут мала і можливі зіткнення, а якщо ядро галактики активне тривалий час – випромінення не дасть розвинутися складному життю(принаймні ГУЗ вважає випромінення фактором, який унеможливлює існування складного життя). Ми підозрюємо, що навіть в нашій Галактиці ядро було активним в минулому. Зараз складно сказати, але можливо і пару мільярдів років тому наша Галактика була хоч і не дуже потужним, але квазаром, про що нам каже існування бульбашок Фермі та еРозети. А може і не була, але все одно центр Галактики не найкраще місце для виникнення розвиненої цивілізації.
Не так. І тут не все просто. Справа в тому що спіральні рукави Галактик не є фізичними об’єктами. Уявіть собі, що рукава спіральних Галактики це просто візерунок з зірок та газу, які обертаються навколо центру Галактики з певними швидкостями. Тобто рукави змінюються постійно, і не складаються з одних і тих самих зірок, ВСЮДИ в Галактиці окрім радіусу коротації. Цей радіус це відстань від центру Галактики де швидкість обертання візерунка Галактики співпадає зі швидкістю обертання зірок навколо центру. Не більше і не менше. І, о диво, Сонячна система знаходиться саме на такому радіусі. Тобто можливо ми ніколи не пересікали межу рукава Галактики, або принаймні це ставалося дуже рідко в нашій історії і скоріш за все на початку формування Сонячної системи.
Чому це важливо? Хоча рукав не є фізичним об’єктом, а є по суті візерунком, цей візерунок це хвиля щільності певної кількості зорь та мас газу і пилу, які переміщуються разом. Коли зорі в нього влітають це може призводити до близьких вибухів наднових чи просто утворення нових зірок. А цей процес знову ж таки може призводити до того, що планети з життям потрапляють під потужне випромінювання, яке може знищити складне життя на планетах. Відповідно ГУЗ каже, що навіть в нашій Галактиці придатним для розвитку життя є лише певне кільце ширино десь в 10 000 світлових років і це кільце знаходиться близько навколо плоскості екліптики Галактики. І от ми десь в тому кільці і знаходимося. Звучить логічно.
Тому і зіткнення галактик однакового розміру для ГУЗ проблема, бо в такому випадку ці галактики перемішують свої зорі і хвилі щільності, і наслідки від такого зіткнення передбачити складно, але точно буде купа наднових, утворення нових зірок, потужне випромінення від взаємодії надмасивних чорних дір з зірками, газом та пилом, а також потужні гравітаційні хвилі під час зіткнення самих чорних дир. Самі по собі гравітаційні хвилі можуть призводити до утворення нових зірок або виникнення наднових. А якісь зірки взагалі може викинути з галактик під час зіткнення галактик. Корочі пекельні умови.
Ну тоді тепер про них.
Життя потребує важких елементів, це все що важче за водень га гелій. Тому вам потрібна зірка обов’язково покоління ІІ з достатньою металічністю(металами астрономи звуть все, що важче водню та гелію). Але так як ми вже в певному місці в певній Галактиці, то таких зірок в нас багато. Багато ж? Ну не так щоб дуже.
Більшість зірок в нашій Галактиці це червоні карлики. В них дуже вузька зона придатності для життя, і вона занадто близько до зірки. А червоні карлики дуже активні зорі, на них постійно бувають виверження внаслідок потужної конвекції. І продукти термоядерних реакцій викидаються у навколишній простір. А планети придатні для життя будуть занадто близько до зірок і все це буде прилітати к ним. І у вас випромінення на поверхі буде таке, що складного життя не буде. А може і просто здути атмосферу планети повністю сонячним вітром. До того ж придатні для життя планети будуть настільки близько до зірки, що внаслідок небесної механіки скоріш за все постійно будуть повернуті до зірки одним боком, як Меркурій до Сонця. Відповідно у вас на половині планети постійне пекло з радіацією, а на іншій половині вічна ніч і мінус 100. Тому всім червоним карликам ми кажемо до побачення в ГУЗ. Наскільки їх багато в придатній галактичній зоні у нас? Для прикладу на відстані в 10 парсек(32 світлових роки) від Сонця червоні карлики складають більше 60% всіх зірок.
ГУЗ каже нам, що і занадто яскраві та гарячі зорі це погано. Так, в них широка зона де умови на планетах придатні для життя, але такі зірки дуже мало живуть, бо швидше згоряють. І так як їх зона придатності далеко від зірки, то відповідно планети типу Землі будуть знаходитися занадто близько до зорі. А на потрібній відстані будуть лише газові гіганти.
Але і придатна зірка у системі повинна бути ОДНА. Наявність інших зірок для ГУЗ проблема. Змінюється розмір зони придатності, змінюються умови і всяке такі інше. Тобто навіть деякі бінарні системи можуть бути проблемою, а якщо там більше зірок то взагалі до побачення(як у Трисоляріса). Значна кількість систем навколо нас (десь 40%) це системи де зірок більше ніж одна.
Корочі, ми навіть не дібралися до власне Землі, а ГУЗ вже порізала межі придатності так, що казати про мільярди придатних зірок у нашій Галактиці здається занадто оптимістично.
То може все, цього достатньо?
О, ні. Це тільки початок був.
Корочі, навіть якщо вам пощастило і сонячна система розташована в галактиці окей і важких елементів скільки потрібно, то далі ГУЗ підкидає цілу купу умов для самої сонячної системи.
І я тут не буду взагалі говорити про Зону Златовласки, тобто що наша планета повинна бути на певній відстані від зірки. Близько занадто гаряче, далеко занадто холодно. Якщо система яка треба, то такі планети будуть знаходитися в межах придатної для життя зони. Тому зараз взагалі про інше.
По-перше потрібен газовий гігант у системі. Ну з цим здається просто, таких прикладів вистачає. Але той гігант повинен мати кругову орбіту, щоб занадто не дестабілізувати систему. І бажано щоб він такий великий був один. Завдання гіганта перехоплювати або викидати з екліптики комети, щоб після виникнення планет життя на них не обірвало зіткнення з великою кометою. Також потрібно щоб і планета на який створилося життя мала майже кругову орбіту. Бо інакше частину року буде занадто гаряче, а частину занадто холодно.
По-друге також треба щоб не було великих астероїдних поясів, бо вони несуть в собі ризик.
По-трете навіть придатна планета повинна сформуватися певним чином. Тобто потрібна не будь яка кам’яна планета розміром з Землю і на такий саме відстані від такої самої зірки як Сонце, а така планета, яка сформувалася так само, як Земля в результаті зіткнення з іншою планетою. І не з будь якою, а з тою яка допоможе планеті сформувати масивне залізне ядро, яке буде створювати магнітне поле, щоб захищати нашу атмосферу від сонячного вітру. Не буде магнітного поля і атмосферу здує, як на Марсі.
І зіткнення повинно пройти так, щоб в нас залишився великий супутник. Як Місяць. Він буде стабілізувати нашу вісь обертання і буде захищати нас від комет, додатком до газового гіганту. Щоб ви розуміли, окрім пари Плутон-Харон Місяць найбільший супутник за масою відносно планети(притому, що Плутон ми планетою більше не вважаємо). Тобто Місяць навіть в нашій сонячній системі достатньо унікальний супутник.
А навіщо тектоніка спитаєте ви? А вона допомагає важким елементам не зосереджуватися в осадових породах і буде повертати їх в біосферу планети. До того ж тектоніка та рух пліт можуть позитивно впливати на еволюцію, відокремлюючи та поєднуючи різні види. Ну і вона дозволяють існувати світовому океану, який позитивно впливає на клімат. Окрім того є певні підозри, що парниковий ефект на Венері породжений саме відсутністю астеносфери у якій плавають континенти. І це призвело до того, що сталося масове одночасне виверження вулканів, десь мільярд років тому, і клімат Венери змінився так, що ніяке життя на її поверхні тепер неможливе. Парниковий ефект від вулканів, ага, і тепер на Венері дощі з сірчаної кислоти, але там так гаряче, що ці дощі випаровуються до того, як досягнуть поверхні планети. А раніше може і було можливе життя на Венері. Корочі, континенти також потрібні. Причому залежно від параметрів, які ви обираєте для рівняння ГУЗ, важливість тектоніки може зростати так, що без тектоніки життя взагалі на планеті не зберігається, навіть якщо виникає. Ну типу, як на тій саме Венері.
Окей, в нас є планета з тектонікою, в нас є газовий гігант та великий супутник, який захищає нас від комет.
Але і комети потрібні. Життя схильне стабілізуватися і не розвиватися. Континенти рухаються дуже повільно для суттєвого впливу. Тому загалом комети все одно повинні падати на планету, але не так щоб дуже великі і не дуже часто. А так, чисто щоб підганяти розвиток живих істот.
Загалом параметри системи і планети повинні бути середніми. Щоб негаразди траплялися і незручності були, але такого розміру і складності, щоб прискорювати розвиток, але не обривати його.
І вісь обертання планети також важлива. Точніше кут між віссю обертання планети та плоскістю екліптики. Менше не буде сезонів, які прискорюють еволюцію. Більше – сезони будуть занадто важкими.
І там насправді таких параметрів у ГУЗ дуже велика кількість, і додавати їх можна без кінця. Наприклад, після того як життя переходить на кисень, тобто з анаеробного стає аеробним, вам потрібно, щоб кількість кисню в атмосфері не була завеликою. Бо якщо у атмосфері забагато кисню, то вогонь буде все знищувати і спалювати. А якщо мало, то не вистачить енергії. Також життя повинно регулювати клімат та геологію планети. Життя повинно бути здатним утримувати воду на суші, та зменшувати перепади температур. В нас так сталося, але не може бути гарантію, що будь-яке життя так само буде впливати на будь-яку планету за будь-якої гравітації.
Основна проблема ГУЗ в тому, що теорія не оцінює вірогідність виникнення планети придатної для життя, бо ми не знаємо яким саме може бути в принципі життя. ГУЗ вираховує вірогідність появи планети, яка є майже точною копією Землі, навколо такої самої зірки як Сонце, як знаходиться в такій самій галактиці, точно в такому місці галактики, в таких самих умовах такий самий час, і в на цій планеті еволюція повинна пройти такий самий шлях як і на Землі, прям в точності до геологічних епох. Вірогідність знайти точну копію Землі, яка пройшла такий самий історичний шлях в дуже схожих умовах дійсно НИЗЬКА.
Загалом, в залежності від того які ви підбираєте коефіцієнти для рівняння ГУЗ, у вас може вийти, що планет які потрібні ГУЗ на всю Галактику буде аж одна в найкращому випадку. А в деяких випадках і на весь Всесвіт, який ми можемо спостерігати таких планет буде не більше пари сотень. На весь Всесвіт. На всі ці сотні мільярдів галактик, які ми здатні побачити. Але для парадоксу Фермі нас цікавить саме наша Галактика. І є варіанти рівняння ГУЗ де шанс виникнення планети яка схоже на Землю саме у нашій Галактиці суттєво менше одиниці. Тобто і поява нашої планети це майже диво.
Ось вам і Унікальна Земля. Якщо перемножити всі вірогідності, то виявляється, що навіть за умов величезного Всесвіту або Галактики з сотнями мільярдів планетних систем наша Земля унікальна. Вірогідність появи другої такої навіть в нашій Галактиці ну дуже і дуже мала. І тому то може життя і розповсюджене в Галактиці, але умови в Галактиці настільки сурові для СКЛАДНОГО життя, що його дуже мало у Всесвіті. А для розумних цивілізацій умови ще більш несприятливі, тому і не нема таких цивілізацій. Просто нема. Тобто ми скоріш за все не просто перші у Галактиці, і нам пощастило розвинутися раніше за інших, ми просто єдині. Нам пощастило, а більше нікому не пощастило і не пощастить скоріш за все. І ми до них долетимо швидше ніж вони розвинуться до розумних, якщо десь ще там сході умови і склалися або складуться в майбутньому.
І весь Всесвіт це або бактерії(чи їх аналоги), або більш складні істоти, які просто не встигли розвинутися, або будуть не встигати в майбутньому. І нема ніякого Фільтру попереду, є Фільтр позаду і настільки складний, що обійти його Всесвіт повний життя не дуже може.
