De Vergelijking van Drake – de kansen op het vinden van buitenaards leven

Frank Drake
De astrofysicus Frank Drake bij zijn beroemde vergelijking

De Vergelijking van Drake wordt gebruikt om het aantal communicerende beschavingen in het heelal te berekenen. Of meer eenvoudiger de kans op het vinden van intelligent leven in het heelal.

De vergelijking werd voor het eerst in 1961 voorgesteld door de radioastronoom Frank Drake en berekent het aantal communicerende beschavingen door het vermenigvuldigen van een aantal variabelen. Volgens het SETI-instituut (Search for ExtraTerrestrial Intelligence) wordt de formule als volgt geschreven:

    N = R* • fp • ne • fl • fi • fc • L

  • N = Het aantal beschavingen in ons sterrenstelsel waarvan de elektromagnetische straling is te meten.
  • R*= De snelheid van stervorming die geschikt zijn voor het ontwikkelen van intelligent leven.
  • fp = Het aandeel van die sterren die een planetensysteem hebben.
  • ne = Het aantal planeten per zonnestelsel die geschikt zijn voor leven.
  • fl =  Het aantal van die geschikte planeten waarop inderdaad leven is ontstaan.
  • fi = Het aantal planeten waarop leven is dat zich tot een intelligentie heeft ontwikkeld.
  • fc = Het aantal beschavingen dat een techniek heeft ontwikkeld die detecteerbare signalen van hun bestaan naar de ruimte uitzendt
  • L = de tijdsduur waarin dergelijke beschavingen detecteerbare signalen de ruimte insturen.

De uitdaging voor astronomen is gelegen in het feit dat ze voor geen enkele van deze variabelen harde getallen hebben dus als iemand de Vergelijking van Drake invult dan zijn dat altijd hele ruwe schattingen. Maar er zijn wel wat ontdekkingen gedaan in enkele onderzoeksvelden die er in de toekomst voor kunnen zorgen dat de kans op een beter antwoord uit de vergelijking wordt vergroot.

Recente ontdekkingen van rotsachtige werelden in de buurt van Proxima Centauri en TRAPPIST-1 hebben de belangstelling bij het publiek voor buitenaards leven weer sterk vergroot. Het gaat hier echter om rode dwergsterren die vermoedelijk veel te gewelddadig zijn voor leven. Er is meer onderzoek nodig om er in de nabijheid van deze sterren leven mogelijk is en of het zich dan lang genoeg kan handhaven om met andere beschavingen te communiceren maar vooralsnog ziet het er niet goed uit.

Ontdekkingen van exoplaneten

In 1961 konden astronomen zich best het bestaan van planeten buiten ons zonnestelsel voorstellen maar het duurde tot 1995 voordat de eerste exoplaneet rond een hoofdreeksster werd bevestigd. Het was de planeet 51 Pegasi b en met deze ontdekking brak een tijdperk aan waarin vele planeten buiten ons zonnestelsel werden ontdekt.

Traditioneel zijn er twee methodes om exoplaneten te vinden: we kunnen ze zien als ze voorlangs hun ster trekken (het sterlicht verzwakt dan en dat kunnen we vanaf de Aarde meten) of door het onderzoeken van wiebelingen van de ster die worden veroorzaakt als planeten tijdens hun baan om de ster aan die ster trekken. Meer recent is er ook een techniek ontwikkeld die “verificatie door multiplicatie” wordt genoemd en die astronomen in staat stelt snel meerdere planeetsystemen te identificeren.

Het totale aantal planeten schatten in het heelal is lastig naar een statistische studie zegt dat in ons eigen sterrenstelsel er gemiddeld 1,66 planeten per ster voorkomen. Alleen ons eigen sterrenstelsel zou dan al ongeveer 160 miljard planeten kennen (het onderzoek maakte gebruik van een techniek die gravitationele lensing wordt genoemd en die veranderingen in de lichtcurve meet die worden veroorzaakt als een relatief nabije ster voorlangs veel verder weg staande objecten beweegt.)

In maart 2018 waren er meer dan 3078 exoplaneten bevestigd. De overgrote meerderheid van die planeten zijn ontdekt met behulp van de Kepler Space Telescope die tussen 2009 en 2013 een klein deel van het sterrenbeeld Cygnus – Zwaan heeft onderzocht alvorens aan de K2-missie te beginnen. Tijdens de K2-missie worden verschillende delen van de sterrenhemel periodiek bestudeerd. Eind april 2018 was de Kepler bijna door zijn brandstof heen, de telescoop zal binnen enkele maanden worden uitgeschakeld.

Geschikt voor leven?

Door hun grootte en het effect dat ze hebben op hun ster zijn planeten met de grootte van Jupiter veel gemakkelijker te vinden maar uit de gegevens van de Kepler Space Telescope is wel af te leiden dat rotsachtige planten heel algemeen voorkomen. Uit een serie ontdekkingen die in februari 2014 werden gepubliceerd bevatte voornamelijk super-Aardes. Dit zijn planeten die een beetje groter zijn dan de Aarde en de door veel astronomen geschikt geacht worden voor leven als ze zich tenminste in de bewoonbare zone van hun ster bevinden.

Echter blijkt uit onderzoek dat slechts een klein deel van al die planeten vermoedelijk een omgeving heeft die geschikt is voor leven. Astronomen kunnen dit nog niet precies bepalen maar factoren als hoe dicht bevindt een planeet zich bij zijn ster en wat is de samenstelling van de atmosfeer van die planeet (als er al een atmosfeer aanwezig is) spelen hierbij een grote rol.

In maart 2018 bevatte de Habitable Exoplanet Catalog slechts 53 planeten die onder optimistische omstandigheden geschikt kunnen zijn voor leven en voor 13 van die 58 is de kans wat groter. Dit project is een onderdeel van het Planetary Habitability Laboratory in Arecibo dat deel uitmaakt van de Universiteit van Puerto Rico.

Het vinden van leven voorbij de Aarde, al zou het maar microbiologisch leven zijn, zou een belangrijke stap zijn in het begrijpen van de Vergelijking van Drake. Astronomen hebben de zoektocht naar leven in ons eigen zonnestelsel nog steeds niet opgegeven. Er zijn verschillende gebieden in ons zonnestelsel waar leven mogelijk zou kunnen zijn of in een ver verleden is voorgekomen zoals op mars en de Jupitermaan Europa.

Een volgende stap zou kunnen zijn in het bepalen hoe we een duidelijke boodschap naar een buitenaardse beschaving zouden kunnen sturen en of ze die zouden kunnen ontvangen of begrijpen. Op kleine schaal zijn er al berichten richting andere sterren gestuurd en er zijn ook al plaquettes meegestuurd met ruimtesondes zoals de Pionier en de Voyagers.

Rode dwergen

In de catalogus van bekende exoplaneten komen verschillende planeten voor die in een baan om een rode dwerg draaien. Rode dwergen zijn kleiner en lichtzwakker dan onze Zon. Voor de Kepler Space Telescope waren deze planeten gemakkelijker te zien als ze voorlangs hun ster trekken en ze zijn ook gemakkelijker om te bevestigen als planeet omdat de invloed van hun zwaartekracht op een kleinere ster beter is te meten met behulp van de radiale snelheidsmethode.

Rode dwergen produceren veel minder energie dan onze Zon dus planeten in de bewoonbare zone van een rode dwerg zullen zich veel dichterbij de ster bevinden om het voorkomen van vloeibaar water mogelijk te maken. Twee ontdekkingen trokken recent veel aandacht. In 2016 werd er een rotsachtige planeet ontdekt in een baan om Proxima Centauri. Deze ster maakt deel uit van het Alpha Centauri systeem dat slechts 4 lichtjaar van ons is verwijderd. In 2017 werden er zeven aardachtige planeten ontdekt in een baan om de ster TRAPPIST-1, deze ster bevindt zich op een afstand van slechts 40 lichtjaar. Enkele van deze planeten bevinden zich in de bewoonbare zone.

Onderzoek aan rode dwergen laat zien dat dergelijke sterren niet erg vriendelijk zijn voor leven. In het geval van Proxima Centauri b bevindt de planeet zich zo dicht bij de ster dat astronomen denken dat er sprake is van een gebonden rotatie. Dit betekent dat altijd dezelfde kant naar de ster toe is gericht en dat de andere zijde dus altijd donker is. Als er geen winden zijn die sterk genoeg zijn om de hitte over de hele planeet te verspreiden dan is de kans op leven erg klein.

Zelfs in zijn algemeenheid zijn rode dwergen lastige sterren. Ze zijn veel gewelddadiger dan onze Zon, in het bijzonder als het gaat om nog jonge rode dwergen. De sterren kunnen enorm sterke zonnevlammen uitstoten die bestaan uit geladen deeltjes. Deze deeltjes kunnen op relatief korte tijd de atmosfeer van een planeet doen verdwijnen. Maar zelfs als een rode dwerg geen sterke zonnevlammen uitstoot dan produceren ze nog voldoende röntgenstraling om leven aan het oppervlak van een planeet onmogelijk te maken.

Astronomen voeren momenteel intensieve studies uit aan rode dwergen want ze willen graag weten hoe gevaarlijk deze sterren zijn. Voor goed onderzoek zijn echter krachtigere telescopen nodig. Onlangs is de TESS gelanceerd (Transiting Exoplanet Survey Satellite) die nabije en heldere sterren gaat onderzoeken en die als de opvolger van de Kepler kan worden gezien. Omstreeks 2020 wordt de James Webb Space Telescope gelanceerd die atmosferen van planeten moet kunnen onderzoeken en op Aarde bouwt de ESO aan de E-ELT (European Extremely Large Telescope) die omstreeks 2024 opgeleverd moet worden.

 

Eerste publicatie: 6 oktober 2014
Volledige revisie: 30 april 2018