천문학

지구에 생명체가 있다는 것을 얼마나 멀리 감지할 수 있을까요?

지구에 생명체가 있다는 것을 얼마나 멀리 감지할 수 있을까요?


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제 추측으로는 생명체가 있는 행성은 너무 멀리 떨어져 있어 감지할 수 없다는 것입니다. 지름이 100광년인 우리 행성 주변의 구체 안에서만 찾을 수 있다고 생각하지만 생명체가 있는 행성은 그보다 훨씬 더 멀리 떨어져 있을지도 모릅니다.

나는 우리가 다른 행성의 생명체를 감지할 수 있는 구의 지름을 추정하고 그 구 안에 생명체가 있을 확률을 추정하고 싶습니다.

예를 들어, 우리의 현재 기술에 지구상의 생명체를 감지할 수 있는 가장 먼 거리는 무엇입니까? 그 구에는 우리 태양과 같은 별이 몇 개나 있습니까? SETI가 각 별을 제외하는 데 얼마나 걸립니까?


생명을 감지한다는 것이 무엇을 의미하는지에 달려 있습니다. Randall Munroe의 이 가상 포스트에서 설명했듯이 지구상의 조류는 우리가 외계인에게 우리에 대해 이야기하기 전에 외계인에게 우리에 대해 알려줄 것입니다.

액체 물의 존재 또는 $O_2$의 존재를 생명체를 감지하는 것으로 간주한다면 그러한 감지는 현재 우리가 할 수 있는 측정인 외계 행성의 스펙트럼을 연구함으로써 이루어질 수 있습니다. 지금까지 발견된 가장 먼 외계 행성은 27,700광년 거리에 있습니다. 따라서 귀하의 질문에 대한 부분적인 대답은 생명체의 흔적을 알려주는 신호를 찾기 위해 항성주위 거주 가능 영역에서 발견되는 모든 외계 행성의 스펙트럼을 연구하는 것입니다. 우리는 현재 ESO의 VLT, Gemini Observatory 및 GTC의 OSIRIS 기기와 같이 외계 행성의 광학 반사 스펙트럼을 측정하는 기술을 보유하고 있지만 SETI에 그런 기능이 있는지는 모르겠습니다. Sara Seager 박사의 작업을 더 찾아볼 수 있습니다.


나는 이것을 대답하기가 매우 어렵다는 것을 알게 되었습니다. 탐지 방법은 우리가 얼마나 멀리 탐지할 수 있는지에 있어 매우 중요합니다. 내가 생각할 수있는 두 가지 가능한 방법이 있습니다. 하나는 다른 것보다 우수합니다. 첫 번째 방법은 빛의 속도와 파동 생성을 포함합니다. 두 번째는 우리의 분위기를 어떻게 조정했는지에 관한 것입니다.

우리의 전파(라디오) 생산은 19세기 후반에 시작되었습니다. 기준점을 사용한다면 1900년이라고 할 수 있습니다. 우리는 115년 동안 방송을 해왔으며 광속으로 115광년 이상 떨어져 있지 않은 종도 우리를 감지할 수 있습니다. 따라서 Rahul이 제안한 SETI 프로그램의 아이디어는 우리 자신을 방송하려는 의도입니다.

가장 좋은 방법, 그리고 다른 사람을 찾는 인간을 위해 일하는 것을 볼 수 있는 방법은 대기 중독입니다. 우리 대기에는 인간에 의해서만 생성되는 것으로 생각되는 특정 탄화수소가 있습니다. 우리가 이렇게 생각한다면 외계 행성 주변의 대기 오염도 감지할 수 있을 것입니다. 산소를 감지하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 생명체가 존재한다는 것을 나타내지 않기 때문입니다. 산소는 태양계의 다른 곳에서 발견되는 것처럼 자연적으로 제한된 양으로 생성될 수 있지만 우리와 같은 탄소 기반 생명체를 유지하려면 엄청나게 풍부해야 합니다. 오염 물질을 탐지하는 것은 탐지를 생각하는 보다 논리적인 방법입니다. 우리가 자연적으로 발견되지 않는 요소를 생산할 수 있다면, 그것은 한 종이 거기에 넣었다는 분명한 표시입니다. 이것은 또한 빛의 속도에 의존하지만 인간이 만든 오염 물질은 파동 이전 시대에 존재했으며 우리가 생성하는 파동보다 빛을 전달하는 데 더 오래 걸렸습니다. 단점은 오염 물질을 감지하는 방법입니다. 현재 우리는 행성을 통과하는 별을 사용하여 구성을 결정하거나 덜 정확하게 스펙트럼 데이터(대기 물질을 나타내지 않음)에 의존하고 있습니다.

또 다른 관점은 Kardashev 척도를 살펴보는 것인데, 에너지 소비를 기반으로 답을 결정할 수 있는 기술이 있다고 주장할 수 있습니다. 우리가 거대한 중력장을 감지할 수 있고 명백한 에너지원이 없다면 다른 종에 의해 에너지를 수확할 수 있습니다. 다이슨 구체와 같은. 그러한 탐지는 우리 종이 적극적으로 찾고 있는 것이 아니기 때문에 간과하기 너무 쉬울 것이라고 생각합니다. 더 많은 이론적인 감지에 대해서는 이것이 사실이지만 다른 종은 표면 온도 상승과 함께 지구와 대기의 조명을 통해 우리 행성의 에너지 소비를 감지할 수 있습니다.

나는 인간의 간섭에 관해서는 기껏해야 100-150광년 범위에서 볼 수 있다고 믿습니다. 일반적인 생명체의 감지에 관해서는, 우리가 액체 상태의 물과 대기 중 산소를 포함하는 안정적인 시스템이 있었다는 사실 외에 다른 곳에서 보면 생명체가 존재한다고 판단할 수 있는 간단한 방법이 있었다면 전근대 시대를 상상할 수 없습니다.

우리는 탄소 기반 생명체라는 우리의 관점에서 논증을 제공하는 데 너무 의존할 수 있습니다. 만약 다른 종이 진화했거나 우리보다 더 많이 탄소 기반이 아니라면, 그들은 자신의 종에 더 국한된 다른 징후를 찾고 있을 수 있습니다. , 같은 방식으로 우리는 자신을 감지한다고 상상하는 징후를 찾습니다.

편집하다: Rob Jeffries가 요청한 대로; 아니요, 오늘날의 현재 기술을 사용하여 운송 측광을 사용하는 것은 아직 가능하지 않습니다. 에서1리지구는 다음과 같이 나타날 것입니다.2.776*10^-4"->3600*(180/π)*(12734/9.460*10^12)또는2.776mas, 이는 밀리아크초 단위로 이미지를 촬영할 수 있는 각도 해상도를 가진 ESO의 초대형 망원경으로 가능합니다. 에서10일지구는 다음과 같이 나타날 것입니다.2.776*10^-5"->3600*(180/π)*(12734/9.460*10^13)또는277.6μas, 마이크로아크초 단위로 이미지를 촬영할 수 있는 각도 분해능을 가진 체렌코프 망원경 배열이 완성된 후에 가능합니다. 체렌코프 망원경 배열은 다음으로 제한됩니다.100μas...에서400nm그리고 이미지를 만들 수 없습니다1μas, 이 다음 수준에서 우리가 이미징하고 있는100일. 가이아 우주선은 최대20μas그러나 이 수준에서는 이미지를 만들 수 없습니다. NASA Ames Research Center는 다음과 같은 분해능을 시연하고 있습니다.5μas로 해결하려는 시도에서1μas그러나 이것은 이미징 해상도가 아닙니다. 전파의 경우 역제곱 법칙과 파동 열화에 대해 언급하지 않았습니다. 인간인 우리에게는 Square Kilometer Array로 가능성의 영역이 열리면 몇 광년이 가능할 수 있습니다.

내 추측을 처음부터 철회하기를 원하면 오염 및 운송 광도 측정은 실제로 현재의 기존 기술을 사용하여 가능합니다.1리, 기존 라디오 수신기와 동등1년. 그러나 새로운 도구가 아직 만들어지지 않았다는 사실을 억제한다면 최대로 이를 크게 늘릴 수 있습니다.100일, 무언가가 구축되지 않았다고 해서 기술이 존재하지 않는 것은 아닙니다(SKA 기술이 실현 가능합니까? 예, 우리는 지금 그것을 실현할 수 있는 기술을 보유하고 있습니다. 단지 그렇게 하지 않았을 뿐입니다. 그렇습니다. 아니 존재하지 않는 기술로 만든다).

Seti Home은 통과에서 감지된 최초의 지구 크기 행성의 발견을 발표했습니다. 코넬 대학 도서관의 추가 출판물은 행성이 거주 가능 영역 내에 있으며 표면에 대기와 액체 H20를 가질 가능성이 있음을 암시한다고 주장합니다. Kepler 우주선은 이 발견을 감지했습니다. 여러분이 모르는 경우를 대비하여 Kepler는 물체가 다른 물체의 면을 가로질러 이동할 때 빛 곡선을 매핑합니다. 이것을 Transit이라고 합니다. 이 기술이 이미 존재하지 않는다고 제안하는 것조차 터무니없는 것입니다. 기술이 이미 존재하는 그대로 지구와 진정한 유사성을 원한다면;1리, 가능하지만 구축되지 않은 기술을 사용하려는 경우;100일.


어떤 종류의 탐지 방법이 제안되는지 지정하지 않고 너무 광범위해 보이기 때문에 이 질문에 대한 답변을 미루었습니다. 그러나 만약 우리가 태양계를 가지고 우리에게서 어느 정도 거리를 둔다면, 우리가 행성 지구에서 생명체의 흔적을 감지할 수 있을까요?의 관점에서 직접 답한다면, 답은 아마도 아닐 것입니다.

사용 현재 기술 (지금 사용 가능한 실험과 망원경을 의미합니다) 우리는 아마도 몇 광년 떨어진 거리에서 관찰하더라도 지구상의 생명체를 감지할 수 없을 것입니다. 따라서 이 구 안에는 별이 없습니다(태양 제외).

  1. 지구와 비슷한 행성은 아직 다른 별 주위에서 발견되지 않았습니다. 다시 말해서, 태양형 항성으로부터 1au(또는 그에 가까운)에서 유사한 질량, 반경 및 궤도를 가진 것은 하나도 없습니다. 지구보다 % 더 큽니다. Jenkins et al. 2015.]. 현재 기술로는 거의 도달할 수 있습니다. 따라서 지구상의 생명체에 대한 직접적인 탐색은 시작해야 할 장소가 제한되어 있습니다. 행성을 감지할 수 없다면 조금도 바이오마커를 찾기 위해 대기 구성을 볼 가능성은 전혀 없습니다(예: 메탄과 같은 환원 가스와 함께 산소 또는 산업 문명의 클로로플루오로카본 - Lin et al. 2014). 대기 조성이 (조잡하고 잠정적으로) 측정된 유일한 외계 행성은 "뜨거운 목성"입니다. - 부모 별에 매우 가깝게 공전하는 거대한 외계행성.

  2. "블라인드" 검색은 무선 서명을 찾을 수 있으며 물론 이것이 SETI가 수행한 작업입니다. "지구" 탐지에 대해 이야기하는 경우 통신에 대한 의도적인 빔 시도에 대해 이야기하는 것이 아니라 우리 문명에 의해 생성된 무작위 무선 "잡담" 및 우발적 신호 탐지에 의존해야 한다고 가정해야 합니다. SETI Phoenix 프로젝트는 다른 지적 생명체의 무선 신호에 대한 가장 진보된 검색이었습니다. Cullers 등의 인용. (2000): "가장 강한 신호와 달리 일반적인 신호는 신호가 가장 가까운 별에서 시작된 경우에도 대부분의 조사에서 감지 임계값 아래로 떨어집니다.". Tarter(2001)에서 인용: "현재 수준의 감도에서 표적화된 마이크로파 검색은 1광년(다른 별이 없는) 거리에서 강력한 TV 송신기와 동등한 전력을 감지할 수 있습니다… ". 이 진술에서 모호한 것은 우리가 하다 예를 들어 레이더를 사용하여 태양계에서 계측을 수행하기 위해 잘 정의된 특정 방향으로 더 강한 빔 신호를 방출합니다. 이러한 신호는 천 광년 이상에 걸쳐 관찰할 수 있는 것으로 계산되었습니다. 그러나 이러한 신호는 짧고 매우 좁은 각도로 발사되며 반복될 가능성이 거의 없습니다. 표적 검색을 수행하는 경우 적시에 올바른 방향으로 관찰하려면 매우 운이 좋을 것입니다.

따라서 현재의 방법과 망원경으로는 성공할 가능성이 많지 않다는 저의 주장입니다. 그러나 물론 기술이 발전하고 향후 10-20년 동안 더 나은 기회가 있을 수 있습니다.

직접 탐색의 첫 번째 단계는 지구와 같은 행성을 찾는 것입니다. 첫 번째 주요 기회는 가장 밝은 500,000개 별 주위의 지구 크기 행성을 감지할 수 있는 2017년에 발사되는 TESS 우주선입니다. 그러나 2년의 임무는 지구 유사체를 탐지하는 능력을 제한할 것입니다. 다른 지구를 찾는 가장 좋은 방법은 가장 밝은 별을 다시 연구하는 6년 간의 임무인 플라톤의 발사와 함께 나중에(아마도 2024년) 올 것입니다. 그러나 이러한 행성의 대기에 대한 연구를 수행하려면 큰 도약이 필요합니다. 직접 이미징 및 분광학에는 아마도 우주 기반 널링 간섭계가 필요할 것입니다. 외계행성 대기를 통한 위상 효과 및 투과 분광학의 간접 관찰에는 큰 각 분해능이 필요하지 않으며 엄청난 정밀도와 수집 영역만 필요합니다. 보통의 별 주위에 있는 지구 크기의 분광학은 아마도 더 큰 것을 필요로 할 것입니다. 후임 James Webb 우주 망원경(JWST - 2018년 발사), 또는 향후 10년 동안 E-ELT가 제공할 것보다 훨씬 더 많은 수집 영역. 예를 들어 Snellen(2013)은 E-ELT를 사용하여 지구 유사체의 바이오마커 신호를 감지하는 데 80-400회 통과에 해당하는 노출 시간(즉, 80-400년!)이 필요할 것이라고 주장합니다!

새로운 전파 망원경 프로젝트 및 Square Kilometer Array와 같은 기술은 50 pc($sim 150$ 광년)의 거리에 있는 전파 "잡담"을 우연히 감지할 수 있다는 제안이 있었습니다. Loeb & Zaldarriaga(2007) 참조. 2025년 이후 완전한 작동을 시작할 이 어레이는 빔 신호에 대해 한 번에 여러 방향을 모니터링할 수도 있습니다. 가까운 장래에 가능할 수 있는 일에 대한 좋은 개요는 Tarter et al. (2009).