Zijn wij alleen in de kosmos? – deel 4: De tocht is moeilijk, de ruimtegidsen ervaren

Wetenschappers zijn voortdurend in de weer om natuurkundige verschijnselen te verklaren vanuit wiskundige modellen van de werkelijkheid. Maar dat zelfs het aantal intelligente buitenaardse beschavingen in onze Melkweg uit een wiskundige vergelijking moet rollen, oogt toch wat merkwaardig. Toch is dit precies wat de Amerikaanse sterrenkundige Frank Drake in 1961 deed, zij het misschien in de allereerste plaats om wat conceptuele helderheid te verkrijgen in de problematiek van exobeschavingen.

De vergelijking ziet er naar natuurkundige maatstaven best eenvoudig uit:

Hierin is

• N het gezochte aantal buitenaardse beschavingen in onze Melkweg dat in staat is om te communiceren met ons;
• R_∗ het gemiddeld aantal sterren per jaar dat in onze Melkweg ontstaat;
• f_p een getal tussen 0 en 1 dat aangeeft welke fractie daarvan planeten vormt;
• n_e het gemiddeld aantal planeten dat leven kan herbergen per ster die planeten heeft;
• f_l een getal tussen 0 en 1 dat aangeeft welke fractie van de levensvatbare planeten in de loop van haar bestaan ook effectief leven ontwikkelt;
• f_i een getal tussen 0 en 1 dat aangeeft welke fractie van de planeten met leven intelligente beschavingen voortbrengt;
• f_c een getal tussen 0 en 1 dat aangeeft welke fractie van die exobeschavingen zich kenbaar maakt door signalen uit te zenden in de ruimte;
• L de tijdsduur gedurende dewelke een dergelijke beschaving zich kenbaar maakt.

Op die manier heeft Drake het probleem netjes in stukjes gehakt.

Zo, nog eventjes de waarden van de zeven parameters in het rechterlid in een excelbestandje schieten en het geschatte aantal technologisch geavanceerde exobeschavingen in de Melkweg rolt eruit.

Drake en zijn collega’s gingen uit van volgende schatting:

• In de Melkweg ontstaat er gemiddeld 1 ster per jaar (behoorlijk conservatieve schatting),
• Je hebt tussen de 20% en 50% kans om planeten aan te treffen rond een ster,
• Er zijn 1 tot 5 bewoonbare planeten per ster met planeten,
• Elke bewoonbare planeet herbergt ook effectief leven,
• Op elke bewoonde planeet ontwikkelt zich ook effectief een beschaving,
• Tussen de 10% en 20% van de exobeschavingen maakt zich kenbaar door signalen uit te zenden,
• Een communicerende exobeschaving zingt het tussen de 1000 en 100 miljoen jaar uit.

Wie het goed narekent, komt uit op een minimaal aantal van 20 exobeschavingen in de Melkweg die signalen uitzenden, terwijl het maximum liefst 50 miljoen bedraagt.

Ook 60 jaar na datum blijft de vergelijking van Drake begeesteren, al dan niet in een aangepaste vorm. Recente schattingen vertalen het huidig inzicht dat planeetvorming een wijdverbreid proces is (zie ook Deel 3: Is er leven op Exo?), f_p > 0.8, terwijl het menselijk vermogen tot wereldwijde zelfvernietiging tot een veel lagere schatting van de parameter L leidt.

Maar welke waarde er ook uitkomt, de ganse oefening blijft uiteraard uitermate speculatief. Enkel de eerste drie parameters zijn, zij het in afnemende mate, wetenschappelijk onderbouwd. Het lijkt dan ook weinig zinvol om deze vergelijking te gebruiken om in te schatten hoeveel exobeschavingen ons ruimtelijk pad kunnen kruisen.

Naast de hoger vermelde conceptuele helderheid die in de formule besloten ligt, suggereert de vergelijking van Drake vooral dat je zelfs met voorzichtige schattingen van de parameters al gauw op een getal groter dan 1 uitkomt. Toegepast op het ganse heelal vertrek je met 10^24 sterren (zie Duizelingwekkende dimensies). Met een kans van minstens 80% op planeetvorming, waarvan er dan 20-25% in het Goudlokjegebied liggen, en 10-20% daarvan potentieel bewoonbaar, hou je nog steeds 10^22 kandidaten over. Het volstaat dus dat er per 10^21 potentieel bewoonbare planeten slechts 1 een hoogtechnologische exobeschaving huisvest. ‘We zijn niet alleen’, lijkt Frank Drake ons via zijn vergelijking toe te fluisteren.

Maar onderzoekers van de University of Oxford manen aan tot voorzichtigheid. In een publicatie van vorig jaar brengen ze de onzekerheid van de parameters in kaart aan de hand van een statistische analyse. Ze besluiten dat onze huidige wetenschappelijke kennis over verschillende parameters te onzeker is om een Melkweg (en zelfs heelal) zonder andere beschavingen uit te sluiten.

Onze tweede ruimtegids is de Russische sterrenkundige Nikolai Kardashev. Ook bij hem ligt de focus op hoogtechnologische exobeschavingen. Maar in plaats van hun aantal te schatten, zoekt hij naar een manier om ze waar te nemen. Zijn uitgangspunt is verrassend eenvoudig. Hoe weinig je ook weet over eventuele exobeschavingen, één ding is zeker: ze hebben energie nodig.

Energiebehoefte volstaat voor Kardashev om een classificatie aan te brengen in exobeschavingen – voor zover die bestaan uiteraard. Al naargelang het type energiebron waartoe een beschaving zich toegang weet te verschaffen, onderscheidt Kardashev drie ontwikkelingsstadia:

1. Een beschaving van Type I is erin geslaagd alle energie te benutten die de planeet van haar ster ontvangt;
2. Een beschaving van Type II haalt alle energie van haar ster binnen;
3. Een beschaving van Type III heeft toegang tot de energie van het ganse melkwegstelsel waartoe ze behoort.

Deze ordening is niet meteen flatterend voor de mensheid. Met onze zonnepanelen en windenergie slagen we er slechts in om een kleine fractie op te vangen van de energie die de zon ons rechtstreeks of onrechtstreeks schenkt. We zitten daarmee nog onder type I. Om de kloof te dichten zouden we wellicht een netwerk van satellieten moeten uitrusten met zonnepanelen en die opgevangen zonne-energie vervolgens naar de aarde stralen.

Type II vergt dan vermoedelijk iets als een Dysonbol die we introduceerden in Deel 1: Aliens van vroeger tot nu. Hiermee kan de exobeschaving de energie van de moederster opvangen en naar haar exoplaneet overbrengen. Type III is weggelegd voor de echte ruimtereizigers onder de exo’s. De bijhorende gedachte is dat ze een gans melkwegstelsel gekoloniseerd hebben, in de zin dat ze her en der geschikt bevonden exoplaneten bewonen.

De invalshoek van Kardashev oogt even speculatief als die van Drake, maar leent zich mogelijk toch tot empirische verificatie. Het opvangen van energie onttrekt het sterlicht aan onze waarneming, terwijl de bijhorende Dysonbol wel warmtestraling (afvalstraling vanuit het standpunt van de exobeschaving) moet uitzenden in het infrarode gebied. Je zou je dan bij een exobeschaving in overgang van Type II naar Type III kunnen voorstellen dat er een gebied is in het sterrenstelsel van waaruit je nauwelijks zichtbaar sterlicht opvangt, maar wel veel infrarode straling: de beschaving is de energie van meer en meer sterren aan het aftappen voor eigen gebruik.

De satelliet Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) onderzocht reeds 100.000 sterrenstelsels op de aanwezigheid van een Type III-beschaving. Slechts 50 daarvan komen in aanmerking voor verder onderzoek.

Hiermee hebben we de voornaamste begrippen, inzichten en onderzoeksstrategieën over exoleven behandeld. Er zijn heel wat aanwijzingen die in de richting van exoleven wijzen, zoals de alomtegenwoordigheid van exoplaneten en de beschikbaarheid van de bouwstenen van leven (eventueel op fosfor na). Maar toch blijft het vooralsnog oorverdovend stil in de ruimte. De ultieme vraag, in 1950 bondig verwoord door de Italiaanse natuurkundige Enrico Fermi, luidt dan ook: “Waar is iedereen?”. Ze vormt het onderwerp van het vijfde deel.