Możliwości nawiązania kontaktu z jakąś wysoko rozwiniętą cywilizacją 
pozaziemską są od pewnego czasu traktowane 
przez naukowców bardzo poważnie.

Janusz Gil

W roku 1984 w lodach Antarktydy znaleziono niewielki meteoryt, który obecnie nosi nazwę Allan Hills 84001 (od miejsca, w którym go znaleziono). Dziesięć lat później naukowcy z NASA zdołali uwolnić gazy uwięzione we wnętrzu meteorytu. Analiza spektralna ujawniła, że nie jest on pochodzenia ziemskiego. Porównanie ze składem atmosfery marsjańskiej zanalizowanej przez automatyczne sondy Viking wykazało, że meteoryt pochodzi właśnie z Marsa. Z odtworzonej skrupulatnie historii meteorytu wynika, że przed 16 milionami lat wyrzucił go z Marsa impet uderzenia wielkiego asteroidu. Trzynaście tysięcy lat później uderzył w lody Antarktydy, gdzie został przypadkowo odnaleziony.

ŻYCIE NA MARSIE

Dokładniejsze badania przyniosły sensacje niezwykłej wagi: w mikroporach meteorytu znaleziono skamieliny jednokomórkowych bakterii oraz związki organiczne będące produktami ich przemiany materii. Podobne jednokomórkowe organizmy znajduje się na Ziemi we wnętrzach wygasłych wulkanów. Na Marsie kolonie takich organizmów musiały istnieć ok. 3,5 miliarda lat temu. Oczywiście, nie udało im się rozwinąć ewolucyjnie w złożone formy, ale gdyby na Marsie istniały bardziej sprzyjające warunki, być może teraz żyliby tam „Marsjanie”. W każdym razie na Ziemi się udało. W efekcie, Ziemianie zastanawiają się dzisiaj, czy jeszcze gdzieś w kosmosie istnieje życie w jakiejkolwiek formie.

Prawdopodobnie tylko w naszej Galaktyce istnieje kilkaset milionów planet. Dowodów na to dostarczyły ostatnie odkrycia planet wokół pobliskich gwiazd typu naszego Słońca (pisałem o tym w numerze 4/99 „Forum Akademickiego”). Jeśli założymy, że na niektórych z nich istnieją warunki do powstania jakiejś formy inteligentnego życia, to możemy sądzić, iż średnie odległości pomiędzy dwiema sąsiednimi cywilizacjami wynoszą co najmniej kilkadziesiąt lat świetlnych. Ponieważ nie można się poruszać z prędkością nawet z grubsza zbliżoną do prędkości światła (c = 300 tys. km/s), największej możliwej prędkości w przyrodzie, podróż pomiędzy dwiema sąsiednimi cywilizacjami potrwa od kilkuset do kilku tysięcy lat. Wydaje się, że inteligentna cywilizacja nie wyśle w taką podróż żywych osobników. Będzie raczej próbowała nawiązać kontakt bez konieczności bezpośredniej wizyty.

JAK NADAWAĆ?

Zastanówmy się więc, jakie możliwości ma w tym względzie nasza – i każda inna – rozwinięta cywilizacja. Musimy sobie uświadomić, że chodzi o przekazanie prostej informacji na bardzo dużą odległość. Jako nośnik tej informacji należy z pewnością wybrać jakiś rodzaj promieniowania poruszającego się z prędkością światła. Z praw fizyki, które są takie same w całym obserwowalnym wszechświecie wynika, że w grę wchodzi tylko promieniowanie elektromagnetyczne. Promieniowanie nadające się do sygnalizacji międzycywilizacyjnej musi spełniać kilka oczywistych warunków: możliwość wydajnej generacji i detekcji sygnałów, powszechność i normalność dla możliwie dużej liczby hipotetycznych cywilizacji, możliwie duża prędkość propagacji (v ~ c), brak możliwości absorpcji w atmosferach planet i w ośrodku międzygwiazdowym oraz brak możliwości odchylania i rozpraszania w galaktycznym polu magnetycznym.

Warunki te wykluczają jednoznacznie wszystkie cząstki z niezerową masą spoczynkową, które poruszają się z prędkościami znacznie mniejszymi od prędkości światła (warunek trzeci), tym bardziej jeśli są obdarzone ładunkiem elektrycznym (warunki czwarty i piąty). Wydaje się, że warunki pierwszy i drugi wykluczają także pewne cząstki o zerowej masie spoczynkowej, jak neutrina i, być może, grawitony. Wszystkie warunki spełnione są tylko przez niskoenergetyczne promieniowanie elektromagnetyczne, tzn. radiowe, podczerwone i optyczne.

RADIOWE UCHO

Okazuje się, że najlepszym kandydatem na nośnik kosmicznej informacji, zarówno w dziedzinie nadawania, jak i odbierania sygnałów są fale radiowe. Postaramy się wyjaśnić, dlaczego.

Po pierwsze, generowanie fal radiowych jest stosunkowo łatwe i tanie. Po drugie, zarówno ich nadawanie, jak i odbiór są względnie bezpieczne (czego nie można powiedzieć np. o promieniach X). Po trzecie, fale radiowe wyjątkowo łatwo przenikają przez różne ośrodki. W przeciwieństwie do światła widzialnego i promieniowania rentgenowskiego, fale radiowe przechodzą łatwo przez różnego rodzaju atmosfery. Po czwarte, można je odbierać nawet z bardzo dużych, kosmicznych odległości. Wreszcie – co chyba najważniejsze – zaawansowane cywilizacje rozwijają techniki radiowe na wczesnym etapie rozwoju i prawdopodobnie stosują je niezmiennie przez cały czas istnienia cywilizacji. Widać stąd jasno, że każda rozumna cywilizacja, która pragnie nawiązania kontaktu z inną cywilizacją, będzie nasłuchiwać kosmosu na falach radiowych, jak też wysyłać swoje sygnały radiowe w kosmos. Raz wysłany sygnał powinien się błąkać po wszechświecie nieskończenie długo. Wydaje się, że przekonanie o wyższości radiowej metody łączności międzycywilizacyjnej ma charakter uniwersalny i trwały. Nawet jeśli jakaś zaawansowana cywilizacja rozwinie nowe metody telekomunikacji, różne od radiowych, to i tak powinna trzymać się metod radiowych w celach nawiązania kontaktu z innymi cywilizacjami. Wynika to z założenia dużej inteligencji tych cywilizacji, a więc elastyczności w myśleniu, umożliwiającej im dostosowanie strategii poszukiwania do innego niż ich własny poziomu technologicznego.

LICZYMY CYWILIZACJE

Możliwości nawiązania kontaktu z jakąś wysoko rozwiniętą cywilizacją pozaziemską są od pewnego czasu traktowane przez naukowców bardzo poważnie. Wydaje się, że przełom dokonał się w listopadzie 1962 roku, kiedy w małej górskiej miejscowości Green Bank w Zachodniej Wirginii (USA), zebrało się kilkanastu wybitnych uczonych, aby przedyskutować problemy związane z istnieniem pozaziemskich istot inteligentnych. Na wspomnianej konferencji zaproponowano wzór, zwany formułą Drake’a (od nazwiska jednego z uczestników), pozwalający oszacować liczbę możliwych cywilizacji pozaziemskich w Galaktyce. Liczbę tę można otrzymać w wyniku przemnożenia poszczególnych elementów równania N = R ? f1 ? n ? f2 ? f3 ? f4 ? f5 ? L, gdzie R stanowi liczbę nowych gwiazd powstających co roku w Galaktyce, f1 – odsetek gwiazd o własnościach podobnych do Słońca, n – typową liczbę planet wokół gwiazdy, f2 – odsetek planet, które okrążają gwiazdę w tzw. ekosferze, f3 – odsetek planet, na których w ekosferze rozwija się życie, f4 – odsetek planet, na których rozwija się inteligencja, f5 – odsetek planet, na których inteligentna cywilizacja osiągnęła fazę rozwoju wysokiej technologii oraz L – typowy czas życia wysoko rozwiniętych cywilizacji.

Astrofizycy wiedzą, że średnio w Galaktyce powstaje jedna gwiazda na rok, zatem R = 1. Wartość n nie jest znana, ale na przykładzie Słońca można sądzić, że typowa gwiazda posiada kilka planet. Zatem równanie Drake’a można łatwo zrozumieć. Gdyby każda powstająca gwiazda miała planetę nadającą się do życia, które w dodatku rozwinęłoby się do formy inteligentnej i technologicznie zaawansowanej, to N = L, czyli liczba wykrywalnych cywilizacji byłaby mniej więcej równa średniemu czasowi życia L typowej cywilizacji. Niestety, niektóre współczynniki w formule Drake’a mogą być znacznie mniejsze od jedności, co może istotnie obniżyć wartość N L. Z kolei typowy czas życia L wysoko rozwiniętej cywilizacji jest zupełnie nieznany, chociaż można go oszacować w sposób spekulacyjny. Nasza cywilizacja liczy sobie już miliony lat, ale w fazie technologicznej istniejemy dopiero od kilkudziesięciu lat. Ile jeszcze przeżyjemy, trudno przewidzieć – sto, tysiąc czy więcej lat. Istnieją przecież różne zagrożenia wewnętrzne (globalne wojny nuklearne i związany z nimi efekt cieplarniany, nieznane epidemie itp.) i zewnętrzne (katastrofy kosmiczne: uderzenia dużych ciał niebieskich, wybuchy supernowych itp.). Wydaje się, że, średnio rzecz biorąc, górne ograniczenie na L jest rzędu 1 miliarda lat. Tak więc liczba wykrywalnych cywilizacji N w Galaktyce jest mniejsza od 1 mld. Ciekawe tylko, o ile mniejsza?

NIEWIELKIE SZANSE

Oszacowana przy pomocy formuły Drake’a liczba możliwych cywilizacji pozaziemskich jest bardzo niepewna. Poszczególne elementy formuły Drake’a nie są przecież dobrze znane. Jeśli pod wszystkie parametry podstawimy wartości najniższe, otrzymujemy N » 100. Jeśli natomiast weźmiemy pod uwagę wartości maksymalne, to otrzymamy N » 100 mln. Możemy więc wysnuć rozsądny wniosek, że liczba możliwych technologicznych cywilizacji mieści się w przedziale od 100 do 100 mln. Jeśli rzeczywista liczba istniejących cywilizacji jest bliższa oszacowaniu minimalnemu, to szanse na nawiązanie kontaktu z jedną z nich są znikome. Jeśli natomiast liczba ta jest bliższa górnemu oszacowaniu, szansa jest istotnie większa od zerowej, powiedzmy taka, jak szansa wygrania głównej nagrody w grze liczbowej. Trzeba jednak pamiętać, że o ile sprzyjające warunki geofizyczne, panujące na planecie przez miliardy lat, prawie na pewno doprowadzą do powstania życia (patrz przypadek Marsa), to wytworzenie inteligencji jest znacznie bardziej skomplikowane. Parametr f4 w formule Drake’a może mieć wartość bardzo bliską zeru. Poza tym w formule Drake’a zakłada się, że wytworzenie inteligencji prowadzi zawsze do wytworzenia cywilizacji rozwiniętej technologicznie, czyli takiej, która mogłaby nadać inteligentne sygnały. Założenie to może być jednak nieprawdziwe. Łatwo sobie wyobrazić inteligentne cywilizacje, które świadomie nie rozwijają zaawansowanej technologii lub ją na pewnym poziomie zarzucają. Współczynnik f5 może być również bliski zera nawet jeśli f4 jest bliskie jedności. W rezultacie liczba wykrywalnych cywilizacji N może się okazać bardzo mała, nawet mniejsza niż 100. Wtedy szanse na nawiązanie kontaktu byłyby praktycznie zerowe. Średnie odległości między cywilizacjami w naszej Galaktyce przekraczałyby 10 tys. lat. Nie wyklucza to możliwości wykrycia takiej cywilizacji metodami radioastronomicznymi, ale, przynajmniej na razie, nie byłoby to zadanie łatwe.

PRZYPADKI

W tym miejscu warto sobie uświadomić, jak bardzo nasza egzystencja jest uzależniona od przypadkowych wydarzeń zachodzących we wszechświecie.

Gdyby nie wybuchy pobliskich supernowych kilka miliardów lat temu, na Ziemi nie mogłoby powstać życie. Nie byłoby bowiem ciężkich pierwiastków, powstających a następnie rozrzucanych dookoła w wyniku eksplozji towarzyszących śmierci gwiazd. W czasie eksplozji rozrzucane są zresztą również lżejsze pierwiastki, także potrzebne do powstania życia. Po wtóre, gdyby nie jakaś przypadkowa katastrofa ekologiczna – przypuszczalnie uderzenie dużego meteorytu ok. 65 mln lat temu – dinozaury nadal panoszyłyby się na Ziemi, a rozwój rozumnej cywilizacji byłby niemożliwy. Argumenty te sugerują, że liczba potencjalnych technologicznie zaawansowanych cywilizacji pozaziemskich jest znikoma. Moim skromnym zdaniem, w Galaktyce takich cywilizacji, poza nami, nie ma.

Ludzie są najwyraźniej optymistami w kwestii istnienia cywilizacji pozaziemskich. Podjęto już próby nawiązania z nimi kontaktu radiowego. W roku 1974 z obserwatorium radioastronomicznego w Arecibo, gdzie znajduje się największy na świecie, 300-metrowy radioteleskop, wysłano w kosmos specjalnie zakodowany sygnał radiowy. Od tego czasu przebył on już 25 lat świetlnych, czyli grubo ponad 200 bilionów kilometrów. Poza tym prowadzi się mniej lub bardziej systematyczny nasłuch radiowy najbliższych gwiazd. Niestety, na razie bez rezultatów. Najbardziej znanymi projektami poszukiwania cywilizacji pozaziemskich są: program SETI (Search for Extraterrestial Inteligence) oraz META (Megachannel Extraterrestial Array). Szczególnie ten drugi program, finansowany przez Planetary Society (Towarzystwo Planetarne), największą na świecie organizację miłośników astronomii, wydaje się obiecujący. Warto wspomnieć, że Towarzystwo Planetarne jest bardzo mocno wspomagane przez słynnego reżysera filmowego Stevena Spielberga.

BRAK POWTARZALNOŚCI

Po dziesięciu latach przeszukiwania nieba przy pomocy wielkich, kilkudziesięciometrowych radioteleskopów, wykryto kilka sygnałów, które mogłyby być wysłane przez sztuczne nadajniki. Ściślej mówiąc, wykryto jedenaście sygnałów, które wydają się posiadać wszelkie charakterystyki transmisji nadawanych przez pozaziemskie cywilizacje, z wyjątkiem jednego – powtarzalności, która jest również naukowym kryterium realności zjawiska fizycznego. Są one wąskopasmowe (ok. 1 Hz), co sugeruje ingerencję inżynierii elektronicznej, oraz ewidentnie pozaziemskiego pochodzenia (co można wykazać obserwując jednocześnie dwoma radioteleskopami, znajdującymi się w dużej odległości od siebie). Niestety, próby ponownej detekcji zawiodły w każdym z owych jedenastu przypadków.

Sprawa jest zagadkowa. Interesującą próbę jej rozwiązania zaproponował James Cordes wraz ze współpracownikami z Uniwersytetu Cornella w USA. Cordes jest znanym specjalistą od promieniowania radiowego pulsarów oraz tzw. scyntylacji międzygwiezdnych, czyli fluktuacji natężenia sygnałów radiowych wywoływanych niejednorodnościami plazmy kosmicznej w ośrodku międzygwiezdnym. Podobne niejednorodności występują w ziemskiej atmosferze i wywołują, znane wszystkim użytkownikom radioodbiorników, zmiany natężenia transmisji (uciekanie fali, pogłośnienie itp.) czy też po prostu migotanie gwiazd na niebie.

Cordes założył – i chyba słusznie – że sygnały radiowe Obcych są, ze względu na duże odległości, bardzo słabe, na granicy możliwości detekcji programu SETI (i jego odmian: META, BETA, PHOENIX). Natężenie tych sygnałów fluktuuje wskutek interferencji wywoływanej niejednorodnościami plazmy międzygwiezdnej. Kiedy interferencja jest destruktywna, natężenie jest słabsze od nominalnego, natomiast w przypadku interferencji konstruktywnej nominalny sygnał może być silnie wzmocniony. Cordes podejrzewa, że badacze SETI odebrali właśnie owe wzmocnione sygnały i obliczył jak często takie wzmocnienia mogą zachodzić. Wynik był zaskakujący i do pewnego stopnia optymistyczny. Okazało się bowiem, że nawet przy codziennych próbach obserwacji na szczęśliwy traf można liczyć dopiero po kilku tysiącach prób. Tak więc bądźmy cierpliwi. Być może niektóre z tych sygnałów kiedyś się powtórzą.

WSZYSTKO SIĘ MOŻE ZDARZYĆ

W październiku 1992 roku NASA zainaugurowała nowy program HRMS (High Resolution Microwave Survey), który jest kontynuacją programu poszukiwania inteligencji pozaziemskiej SETI. Przy pomocy największych radioteleskopów świata przebadano kilkadziesiąt gwiazd podobnych do naszego Słońca. W czasie kilkuset godzin obserwacji nie odkryto ani jednego sygnału, który można by jednoznacznie przypisać pozaziemskiej cywilizacji. Ale program został zaplanowany na dziesięć lat i wszystko jeszcze może się zdarzyć. Mamy podstawy przypuszczać, że planety krążące wokół gwiazd podobnych do Słońca mają do dyspozycji środowiska, w których podczas miliardów lat powstaje życie w inteligentnej postaci. Jak już mówiliśmy, liczba takich planet, a więc i możliwych cywilizacji, jest problematyczna. Jednak istnieje pewna niezerowa szansa odkrycia jednej z nich. Nie należy więc ustawać w próbach, tym bardziej że, w porównaniu ze zbrojeniami militarnymi, są one bardzo mało kosztowne.

Mimo niezbyt optymistycznych rokowań niektórych badaczy, którzy uważają, że liczba ewentualnych technologicznych cywilizacji w Galaktyce jest bliska oszacowaniu minimalnemu wynikającemu z formuły Drake’a, nie ustają próby wykrycia sygnałów od hipotetycznych cywilizacji. Instytut SETI wynajmuje po kilka tygodni w roku największe radioteleskopy świata i przeszukuje niebo w nadziei wykrycia inteligentnego sygnału na falach radiowych. Jak na razie bez powodzenia. I może nie należy się dziwić?

KOLONIZACJA

Brak detekcji inteligentnych sygnałów pozaziemskich kojarzony jest często z tzw. paradoksem Fermiego. To właśnie znakomity fizyk Enrico Fermi, laureat Nagrody Nobla i jeden z liderów projektu Manhattan (konstrukcja pierwszej bomby atomowej) jako pierwszy zaczął zadawać kłopotliwe pytanie, gdzie Oni są? Przeprowadziwszy rozumowanie podobne do rozumowania Francka Drake’a, doszedł najpierw do wniosku, że cywilizacje technologiczne powinny występować bardzo licznie w Galaktyce. Następnie zauważył, że cywilizacje te powinny mieć tendencje do kolonizowania Galaktyki, podobnie jak ludzie skolonizowali całą Ziemię. Założenie to jest, moim zdaniem, kontrowersyjne, ponieważ uważam, że rozumne cywilizacje nie powinny mieć tendencji kolonizacyjnych, a raczej poszukiwać sąsiadów metodami radiowymi. Można jednak zbadać konsekwencje takiego założenia.

Jeśli obcy podróżują po Galaktyce z prędkościami nie przekraczającymi ok. 10 proc. prędkości światła – założenie to jest całkiem rozsądne z fizycznego punktu widzenia – to kolonizacja Galaktyki powinna zająć co najwyżej 50 mln lat, czyli mniej niż 1 proc. wieku Galaktyki. Zatem cywilizacje pozaziemskie powinny być mniej więcej jednorodnie rozmieszczone w Galaktyce. Niektóre z nich mogą być zatem na tyle blisko nas, aby projekt SETI mógł wykryć ślady ich istnienia. Dotychczasowy brak sukcesów w tej dziedzinie może oznaczać, że jesteśmy naprawdę sami we wszechświecie. A jeśli nie, to cywilizacjom pozaziemskim nie przychodzi „do głowy” podróżowanie po galaktyce przez miliony lat.

Tym bardziej że na paradoks Fermiego możemy też spojrzeć od strony hipotetycznych cywilizacji pozaziemskich. One też z pewnością byłyby w stanie zastosować technikę Dopplera i wykryć nasze gazowe planety: Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. Wtedy, podejrzewając istnienie planet natury ziemskiej, zaczęliby nadawać w naszym kierunku inteligentne sygnały radiowe. Tymczasem badacze SETI nic nie słyszą.

GALILEUSZ W PODRÓŻY

Na zakończenie tych rozważań spróbujemy odpowiedzieć na pytanie, czy jest życie na Ziemi? To na pozór bezsensowne pytanie zostało zadane komputerom i aparaturze naukowej automatycznej sondy kosmicznej Galileusz, kiedy niedawno przelatywała w pobliżu Ziemi (Życie we Wszechświecie, „Świat Nauki” nr 12/94). Sonda ta jednoznacznie odkryła ślady życia, utwierdzając nas w przekonaniu, że potrafimy wytropić przynajmniej niektóre jego przejawy. Sonda Galileusz poleciała w otchłanie zewnętrznych części Układu Planetarnego. Jeśli gdzieś tam istnieje życie – co mało prawdopodobne – to na pewno się o tym dowiemy. Tym bardziej jeśliby to była cywilizacja inteligentna i zaawansowana technicznie.

Cóż takiego odkryła sonda Galileusz? Po pierwsze, widma uzyskane w bliskiej podczerwieni wykazały silną absorpcję promieniowania na cząsteczkowym tlenie. Zakres tego zjawiska świadczy o wielkiej obfitości tlenu w atmosferze. Takie ilości można wytworzyć tylko za pomocą żywych organizmów – w procesie fotosyntezy. A zatem, obfitość tlenu jest śladem mówiącym, że na Ziemi rozwija się życie. Po drugie, w widmach dostarczanych przez sondę Galileusz stwierdzono dodatkowe minimum absorpcyjne, świadczące o obecności chlorofilu, co jest niezależnym argumentem na rzecz istnienia na Ziemi życia w jakiejś formie opartej na świetle słonecznym. Po trzecie, wykryto też śladowe zawartości metanu (około 0,000 001 proc.). Ilość ta, chociaż mała, jest jednak za duża, aby mogła powstać w sposób naturalny. Chyba że metan jest w ciągły sposób produkowany. W ziemskiej atmosferze (obfitej w tlen) metan bardzo szybko się utlenia. Nawet jeśli początkowo było go dużo, do dzisiaj nie powinna pozostać ani jedna jego cząsteczka. Wiemy skądinąd, że metan produkowany jest na Ziemi przez niektóre bakterie, a także w organizmach termitów. Powyższe trzy ślady życia sonda Galileusz odkryłaby nawet dwa miliardy lat temu. Ale czwarty ślad wiąże się już z istnieniem wysoko rozwiniętej cywilizacji technicznej. Zainstalowany na pokładzie sondy instrument do pomiaru fal plazmowych zarejestrował wąskopasmową, impulsową i modulowaną amplitudowo emisję radiową. Jej charakter wskazuje, że nie pochodzi ona ze źródeł naturalnych, takich jak burze czy ziemskie pole magnetyczne. Świadczy o obecności cywilizacji technicznej, używającej fal radiowych do przekazu informacji. Jest to czwarty wykryty przez sondę Galileusz przejaw życia na Ziemi, istniejący dopiero od kilkudziesięciu lat. Tak więc należy uważać, że sonda Galileusz jednoznacznie potwierdziła istnienie życia na Ziemi i to w inteligentnej, zaawansowanej technicznie formie. Jak na razie, jest to jedyna pozytywna identyfikacja cywilizacji istniejących w Galaktyce.

Prof. dr hab. Janusz Gil jest dyrektorem Centrum Astronomii im. J. Keplera w zielonogórskiej Wyższej Szkole Pedagogicznej.

Uwagi.