Wie weit entfernt könnten wir erkennen, dass die Erde Leben hat?

Ich hatte die Beantwortung dieser Frage aufgeschoben, weil sie zu allgemein erscheint, ohne anzugeben, welche Art von Nachweismethoden vorgeschlagen werden. Aber wenn Sie es direkt aus der Perspektive beantworten - wenn wir das Sonnensystem nehmen und es in einiger Entfernung von uns platzieren würden, könnten wir Anzeichen von Leben auf dem Planeten Erde entdecken - dann lautet die Antwort wahrscheinlich nicht.

Mit der derzeitigen Technologie (und damit meine ich Experimente und Teleskope, die jetzt verfügbar sind) wären wir wahrscheinlich nicht in der Lage, Leben auf der Erde zu entdecken, selbst wenn wir es aus einer Entfernung von einigen Lichtjahren beobachten würden. Daher gibt es in dieser Sphäre keine Sterne (außer der Sonne).

1. Bisher wurden noch keine Planeten wie die Erde um einen anderen Stern entdeckt. Das heißt, keiner, der eine ähnliche Masse, einen ähnlichen Radius und eine ähnliche Umlaufbahn bei 1 AE (oder in der Nähe davon) wie ein sonnenähnlicher Stern hat [BEARBEITEN: Es gibt jetzt natürlich einen engen Konkurrenten in Kepler-452b, obwohl es 60 ist % größer als die Erde; Jenkinset al. 2015 .]. Mit der aktuellen Technologie ist es gerade noch in Reichweite. Daher hat jede gezielte Suche nach Leben auf der Erde eine begrenzte Anzahl von Orten, an denen sie beginnen kann. Wenn Sie den Planeten überhaupt nicht erkennen können, besteht absolut keine Möglichkeit, seine atmosphärische Zusammensetzung zu untersuchen, um nach Biomarkern zu suchen (z. B. Sauerstoff zusammen mit einem reduzierenden Gas wie Methan oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe aus einer industriellen Zivilisation - Lin et al. 2014). Die einzigen Exoplaneten, für die atmosphärische Zusammensetzungen (grob und vorläufig) gemessen wurden, sind "heiße Jupiter". - riesige Exoplaneten, die ihre Muttersterne sehr nahe umkreisen.

2. Eine "blinde" Suche könnte nach Funksignaturen suchen, und natürlich hat SETI genau das getan. Wenn wir über das Aufspüren der „Erde“ sprechen, dann müssen wir davon ausgehen, dass wir nicht von absichtlichen Kommunikationsversuchen sprechen, und müssen uns daher darauf verlassen, zufälliges Funkgeplapper und zufällige Signale zu erkennen, die von unserer Zivilisation erzeugt werden. Das SETI Phoenix-Projekt war die fortschrittlichste Suche nach Funksignalen von anderem intelligenten Leben. Zitat von Cullers et al. (2000) : " Typische Signale fallen im Gegensatz zu unseren stärksten Signalen unter die Nachweisschwelle der meisten Vermessungen, selbst wenn das Signal vom nächsten Stern stammen würde ". Zitat aus Tarter (2001) : "Bei der derzeitigen Empfindlichkeit könnten gezielte Mikrowellensuchen die äquivalente Leistung starker Fernsehsender in einer Entfernung von 1 Lichtjahr (in der sich keine anderen Sterne befinden) erkennen ... ". Die Mehrdeutigkeit in diesen Aussagen beruht auf der Tatsache, dass Wir senden stärkere Strahlsignale in bestimmte genau definierte Richtungen aus, zum Beispiel um mit Radar Messungen im Sonnensystem durchzuführen.Solche Signale wurden so berechnet, dass sie über tausend Lichtjahre oder mehr beobachtbar sind.Aber diese Signale sind kurz und werden in eine extrem schmaler Winkel und unwahrscheinlich, dass sie sich wiederholen.Man muss sehr viel Glück haben, um zur richtigen Zeit in die richtige Richtung zu beobachten, wenn man gezielt sucht.

Daher meine Behauptung, dass mit heutigen Methoden und Teleskopen wenig Aussicht auf Erfolg besteht. Aber natürlich schreitet die Technologie voran und in den nächsten 10-20 Jahren werden sich möglicherweise bessere Möglichkeiten ergeben.

Der erste Schritt bei einer gezielten Suche wäre, Planeten wie die Erde zu finden. Die erste große Chance bietet die Raumsonde TESS , die 2017 startet und in der Lage ist, erdgroße Planeten um die hellsten 500.000 Sterne zu entdecken. Seine 2-Jahres-Mission würde jedoch die Fähigkeit einschränken, ein Erdanalogon zu erkennen. Die beste Möglichkeit, andere Erden zu finden, wird später (vielleicht 2024) mit dem Start von Plato kommen, eine sechsjährige Mission, die wiederum die hellsten Sterne untersucht. Allerdings ist dann ein großer Sprung nach vorne erforderlich, um Untersuchungen der Atmosphären dieser Planeten durchzuführen. Direkte Bildgebung und Spektroskopie würden wahrscheinlich weltraumgestützte Nulling-Interferometer erfordern; indirekte Beobachtungen von Phaseneffekten und Transmissionsspektroskopie durch eine Exoplanetenatmosphäre erfordern keine große Winkelauflösung, sondern nur enorme Präzision und Sammelfläche. Die Spektroskopie von etwas von der Größe der Erde um einen normalen Stern herum wird wahrscheinlich einen größeren Nachfolger des James-Webb-Weltraumteleskops ( JWST - Start 2018) oder sogar mehr Sammelfläche erfordern, als das E-ELT im nächsten Jahrzehnt bieten wird. Zum Beispiel Snellen (2013)argumentiert, dass es 80-400 Transite an Expositionszeit (dh 80-400 Jahre!) Benötigen würde, um das Biomarkersignal eines Erdanalogs mit dem E-ELT zu erkennen!

Es wurde vermutet, dass neue Radioteleskop-Projekte und -Technologien wie das Square Kilometre Array in der Lage sein könnten, zufällig Radio-"Chatter" in Entfernungen von 50 Prozent ($\sim 150$Lichtjahre) - siehe Loeb & Zaldarriaga (2007) . Dieses Array, das einige Zeit nach 2025 den vollen Betrieb aufnehmen soll, könnte auch eine Vielzahl von Richtungen gleichzeitig auf abgestrahlte Signale überwachen. Einen guten Überblick darüber, was in naher Zukunft möglich sein könnte, geben Tarter et al. (2009) .

Hängt davon ab, was Sie unter der Erkennung von Leben verstehen. Wie in diesem Was-wäre-wenn-Beitrag von Randall Munroe erklärt wird, werden die Algen auf der Erde den Außerirdischen von uns erzählen, bevor wir ihnen von uns erzählen können.

Wenn Sie das Vorhandensein von flüssigem Wasser oder das Vorhandensein von$O_2$als Nachweis von Leben, dann kann ein solcher Nachweis durch Untersuchung des Spektrums von Planeten außerhalb der Sonne erfolgen, Messungen, die wir derzeit durchführen können. Der am weitesten entfernte bisher entdeckte extrasolare Planet liegt in einer Entfernung von 27.700 Lichtjahren . Eine teilweise Antwort auf Ihre Fragen wäre also, das Spektrum jedes extrasolaren Planeten innerhalb der zirkumstellaren bewohnbaren Zone zu untersuchen, um nach Signaturen verräterischer Lebenszeichen zu suchen. Wir haben derzeit die Technologie, um das optische Reflexionsspektrum eines extrasolaren Planeten zu messen, zum Beispiel das VLT der ESO , das Gemini-Observatorium und das OSIRIS-Instrument auf GTC , aber ich weiß nicht, ob SETI über diese Fähigkeit verfügt. Sie können auch die Arbeit von Dr. Sara Seager nachschlagen .

Ich finde das sehr schwer zu beantworten, die Erkennungsmethode ist entscheidend dafür, wie weit wir erkennen können. Mir fallen zwei wahrscheinliche Methoden ein, von denen eine der anderen überlegen ist. Die erste Methode beinhaltet die Lichtgeschwindigkeit und unsere Erzeugung von Wellen. Die zweite betrifft, wie wir unsere Atmosphäre angepasst haben.

Unsere Wellenproduktion (Radio) begann Ende des 19. Jahrhunderts, wenn wir einen Bezugspunkt verwenden, sagen wir 1900; Wir senden seit 115 Jahren, mit Lichtgeschwindigkeit könnte uns eine Spezies erkennen, die nicht weiter als 115 Lichtjahre entfernt ist. Daher die Idee des SETI-Programms, wie Rahul vorgeschlagen hat, mit der Absicht, uns selbst zu senden.

Die beste Methode, und diejenige, die meiner Meinung nach für Menschen bei ihrer Suche nach anderen funktioniert, ist die atmosphärische Vergiftung. Es gibt bestimmte Kohlenwasserstoffe in unserer Atmosphäre, von denen angenommen wird, dass sie nur vom Menschen produziert werden. Wenn wir so denken, dann ist es plausibel, dass wir auch atmosphärische Vergiftungen um einen Exoplaneten herum feststellen können. Der Nachweis von Sauerstoff reicht einfach nicht aus, da dies kein Hinweis darauf ist, dass Leben existiert. Sauerstoff kann auf natürliche Weise in begrenzten Mengen produziert werden, wie sie anderswo im Sonnensystem zu finden sind. Um jedoch kohlenstoffbasierte Lebensformen wie uns zu erhalten, müsste es eine große Fülle geben. Die Detektion von Schadstoffen ist der logischere Weg, Detektion zu konzipieren. Wenn wir in der Lage sind, nicht natürlich vorkommende Elemente zu produzieren, ist dies ein klarer Hinweis darauf, dass eine Art sie dort platziert hat. Dies hängt auch von der Lichtgeschwindigkeit ab, Menschengemachte Schadstoffe existierten jedoch vor der Wellenära und hatten länger Zeit, Licht zu übertragen, als unsere Erzeugung von Wellen. Der Nachteil ist die Erkennungsmethode der Schadstoffe, derzeit verlassen wir uns als Menschen darauf, entweder einen Stern mit einem vorbeiziehenden Planeten zu verwenden, um die Zusammensetzung zu bestimmen, oder weniger genaue Spektraldaten (die kein atmosphärisches Material anzeigen).

Ein anderer Standpunkt betrachtet die Kardashev-Skala , man könnte sagen, dass wir die Technologie haben, um diese Antwort auf der Grundlage des Energieverbrauchs zu bestimmen. Wenn wir ein massives Gravitationsfeld und keine offensichtliche Energiequelle entdecken könnten, könnte die Energie durchaus von einer anderen Spezies geerntet werden; wie eine Dyson-Sphäre. Ich glaube, eine solche Entdeckung wäre zu leicht zu übersehen, da unsere Spezies nicht aktiv danach sucht. Während dies eher für eine theoretische Erkennung gilt, könnte eine andere Spezies den Energieverbrauch auf unserem Planeten durch die Beleuchtung unseres Planeten und der Atmosphäre zusammen mit steigenden Oberflächentemperaturen erkennen.

Ich glaube, was menschliche Eingriffe angeht, können wir bestenfalls im Bereich von 100 bis 150 Lichtjahren suchen. Was die Erkennung von Leben im Allgemeinen betrifft, kann ich mir die Vormoderne nicht vorstellen, wenn es einen einfachen Weg gäbe, um festzustellen, dass Leben existiert, wenn man es von anderswo betrachtet, abgesehen von der Tatsache, dass wir ein stabiles System hatten, das flüssiges Wasser und atmosphärischen Sauerstoff enthielt.

Wir sind möglicherweise zu sehr darauf angewiesen, das Argument aus unserer Sicht als kohlenstoffbasierte Lebensformen zu liefern, wenn eine andere Art fortgeschritten ist oder mehr als wir nicht kohlenstoffbasiert war, könnte es sehr gut sein, dass sie nach anderen Hinweisen suchen, die mehr auf ihre eigene Art lokalisiert sind , ebenso suchen wir nach Hinweisen, mit denen wir uns einbilden, uns zu erkennen.

BEARBEITEN: Wie von Rob Jeffries angefordert; NEIN, die Nutzung der Transitphotometrie ist mit dem heutigen Stand der Technik noch nicht möglich. Auf 1lyder Erde würde es als 2.776*10^-4″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^12)oder erscheinen 2.776mas, was durch das Very Large Telescope der ESO möglich ist, das eine Winkelauflösung hat, die Bilder in Millibogensekunden ermöglicht. Auf 10lyder Erde würde es als 2.776*10^-5″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^13)oder erscheinen 277.6μas, möglich nach Fertigstellung des Cherenkov-Teleskop-Arrays , das eine Winkelauflösung hat, die in der Lage ist, Bilder in Mikrobogensekunden aufzunehmen. Während das Cherenkov Telescope Array auf 100μasat beschränkt ist 400nmund nicht in der Lage ist, abzubilden 1μas, ist es auf dieser nächsten Ebene, dass wir bei abbilden 100ly. Das Gaia-Raumschiff kann bis zu auflösen20μasist jedoch nicht in der Lage, sich auf dieser Ebene ein Bild zu machen. Das NASA Ames Research Center demonstriert Auflösungsfähigkeiten bis 5μaszu dem Versuch, bis zu aufzulösen 1μas, aber das ist wiederum keine Bildauflösung. Für Radiowellen hatte ich wirklich nicht das Gesetz der umgekehrten Quadrate und die Wellendegradation erwähnt. Für uns als Menschen sind einige Lichtjahre möglich, wobei sich mit dem Square Kilometre Array ein Bereich der Möglichkeiten öffnet .

Wenn Sie möchten, dass ich meine Vermutung vom ersten Mal zurückziehe, sind Verschmutzungs- und Durchgangsfotometrie tatsächlich möglich, indem die heute vorhandene Technologie innerhalb verwendet 1lywird, auf Augenhöhe mit bestehenden Funkempfängern innerhalb 1yr. Wenn Sie davon absehen, dass die neuen Instrumente aber noch nicht gebaut sind, können Sie diese enorm steigern bis auf 100ly, nur weil etwas nicht gebaut ist, ist die Technologie nicht nicht vorhanden (Ist die SKA-Technologie machbar? Ja, wir haben die Technologie, um dies jetzt zu ermöglichen, wir haben es nur nicht getan. Das macht es nicht zu einer Technologie, die es nicht gibt).

Seti Home hat die Entdeckung des ersten erdgroßen Planeten veröffentlicht, der beim Transit entdeckt wurde. Eine weitere Veröffentlichung der Cornell University Library behauptet, dass sich der Planet innerhalb der bewohnbaren Zone befindet, und impliziert, dass es möglich ist, eine Atmosphäre und flüssiges H2O auf seiner Oberfläche zu haben. Das Kepler -Raumschiff hat diesen Befund entdeckt, falls Sie es nicht wissen, Kepler bildet Lichtkurven ab, wenn ein Körper über das Gesicht eines anderen Körpers wandert, dies wird Transit genannt . Auch nur anzudeuten, dass diese Technologie nicht bereits existiert, ist absurd, wenn Sie ein echtes Analogon zur Erde wollen, wie es ist, mit bereits vorhandener Technologie; 1ly, wenn man Technik nutzen möchte möglich aber nicht gebaut; 100ly.