Waar is iedereen? De Fermi-paradox Enrico Fermi

“Waar is iedereen?” De Fermi-paradox

Enrico Fermi

The Drake Equation

The Drake Equation N=

Number of civilizations in The Milky Way Galaxy whose electromagnetic emissions are detectable.

R* =

Rate of formation of stars suitable for the development of intelligent life. fraction of those stars with planetary systems. number of planets, per solar system, with an environment suitable for life. fraction of suitable planets on which life actually appears. fraction of life bearing planets on which intelligent life emerges. fraction of civilizations that develop a technology that releases detectable signs of their existence into space. Length of time such civilizations release detectable signals into space.

fp = ne = fl = fi = fc = L=

Veel verschillende wetenschapsgebieden:       

Astronomie Statistiek Geologie Biofysica Biochemie (Evolutie)biologie Sociologie

De auteurs van deze vier recente boeken (2011 tot 2014) komen allemaal tot de conclusie dat:  Het ontstaan van intelligent leven heel onwaarschijnlijk is

Gevaarlijk

 Een hoog-technologische samenleving geen lang leven heeft,

 en dat daarmee de kans op contact met buitenaardse intelligentie vrijwel nul is

Het is een onderwerp van heel grote getallen en heel grote onzekerheden!

Zichtbaar heelal:  Tijdsspanne  Aantal sterren  Diameter

(1010 jaar) (1023) (1027 m)

Intelligent leven op nabije ster, afstand tot aarde 1000 lichtjaar, dat is:  1% diameter melkweg,  0,00001% diameter zichtbaar heelal Met superkijker zien zij onze middeleeuwen!

Reizen naar die nabije ster (op 1000 lichtjaar) met snelheid van de “New Horizons” (15 km/sec) duurt 20.000.000 jaar



R* =



 Het is niet overal in het heelal even geschikt voor het ontstaan van leven

 en ook niet voor een onafgebroken voortbestaan over miljarden jaren.

Galactische bewoonbare zone

Gevaarlijk

Metaalarme zone

Zon

Waarnemen exoplaneten

Kepler’s zoektocht naar planeten in de bewoonbare zone van de Melkweg

Kepler

Onbewoonbare gebieden in de Melkweg

Wat mooi is, is vaak gevaarlijk!

Intensiteit straling ster (L) 16

1

0,06

L / LZon = (M / MZon )4 ( voor 0,43 Mzon < M < 2 MZon )

Tidel locking

1% stralingsintensiteit zon

Geleidelijke opwarming

30% meer straling

Aarde raakt uit de bewoonbare zone

Bewoonbare periode

Late heavy bombardment



R* =



Meting radiale snelheid met Doppler methode

Meting helderheidsvermindering

Afb.

17 miljard exo-aardes ?



R* =



Magneetveld (door rotatie aarde en gedeeltelijk vloeibare ijzerkern) schermt hoogenergetische deeltjesstroom vanuit zon af. Daardoor minder verlies atmosferische gassen en minder straling.

Voldoende massa

NRC 9 November 2015

Net genoeg water

Stabilisatie rotatie-as door maan

Venus

Aarde

Mars

Door convectiestromen en plaattectoniek wordt o.a. CO2 gerecirculeerd. Dat is essentieel voor een bewoonbare periode van vele miljarden jaren.

Plaattectoniek

De temperatuur van de atmosfeer wordt vooral bepaald door de combinatie van: Intensiteit van de zonnestraling Broeikasgassen in combinatie met de atmosferische druk

Albedo (fractie van het zonlicht dat wordt teruggekaatst)

Vergeet niet: De bewoonbaarheid hangt ook nog in sterke mate af van de bewoners!



R* =



Factoren die de bewoonbaarheid beïnvloeden:  Water

 Temperatuur,  Opgeloste stoffen, e.d.

 Chemie

 Voedsel,  gifstoffen, e.d.

 Energie

 Zon,

 geochemie, e.d.  Fysische condities

 Temperatuur(fluctuaties),  druk,  straling,  klimaat, e.d.

(Eh = Reduction Potential)

Kritische en essentiële stappen 1. Replicerende moleculen in compartimenten 2. Genen 3. Prokaryoten/genetische code 3a. Oxydatieve fotosynthese (Cyanobacteriën/”Blauwalgen”)

Prokaryoten


4.. Eukaryoten


4. 5. 6. 7. 8.

Eukaryoten Seks Cel differentiatie Samenlevingen Taal/waarnemers/ technologie

Kritische en essentiële stappen 1. Replicerende moleculen in compartimenten 2. Genen

3. Prokaryoten/genetische code 3a. Oxydatieve fotosynthese (Cyanobacteriën/”Blauwalgen”)

4. 5. 6. 7. 8.

Eukaryoten Seks Cel differentiatie Samenlevingen Taal/waarnemers/ technologie

Aarde

Sterke interactie tussen leven en bewoonbaarheid (omgeving)

Kritische stappen op de weg naar intelligentie Misschien ook wel kritische stap

Leven

Sneeuwbal Sneeuwbal aarde aarde

Planeet vorming

Methaan

O2

3,5 Gj

Leeftijd in Gigajaar


Maan ontstaat

Methaan

O2

3,5 Gj



Methaan

Oceaan ontstaat

O2

3,5 Gj



Laat hevig bombardement

Methaan

O2

3,5 Gj


Sneeuwbal Sneeuwbal aarde aarde Eerste gebandeerde ijzerformaties

Methaan

O2

3,5 Gj



Methaan

O2

3,5 Gj



Methaan

O2

3,5 Gj



Methaan

O2

3,5 Gj



Methaan

O2

3,5 Gj


Ontstaan leven en prokayoten

Prokaryote


Methaan

O2

3,5 Gj


Oxydatieve fotosynthese

Sneeuwbal aarde

1,5 Gj

0,5 Gj

Leeftijd LeeftijdininGigajaar Gigajaar

Misschien ook wel kritische stap

Sneeuwbal aarde

1,5 Gj

0,5 Gj



Sneeuwbal aarde

1,5 Gj

0,5 Gj


Eukaryoten


Eukaryote

Sneeuwbal aarde

1,5 Gj

Celdifferentiatie in Eukaryoten

0,5 Gj


Misschien ook wel een kritische stap

Sneeuwbal aarde

1,5 Gj

0,5 Gj



Sneeuwbal aarde

1,5 Gj

0,5 Gj



Sneeuwbal aarde

1,5 Gj

0,5 Gj


Taal Misschien ook wel een kritische stap

Kritische stappen model.

Aanname: De stappen zijn heel onwaarschijnlijk.

th= bewoonbare periode planeet n=aantal stappen m= nummer van de stap tm =waarschijnlijkheidsfunktie

Kritische stappen model.

Aanname: De stappen zijn heel onwaarschijnlijk. Kans op het spontaan ontstaan van leven: Een evolutiebioloog schatte die even groot als de kans dat als een tornado over een vuilstortplaats jaagt, het resultaat een Boeing 747 is

th= bewoonbare periode planeet n=aantal stappen m= nummer van de stap tm =waarschijnlijkheidsfunktie

Intelligent leven

Als je aanneemt dat er zes zeer onwaarschijnlijke stappen moeten worden genomen om intelligent leven te laten ontstaan, is de tijd tot het einde van de bewoonbare periode minder dan een miljard jaar.

Prokaryoten Hoe oud?

Eencelligen

Prokaryoten hebben in eerste miljarden jaren alle biochemie ontwikkeld

Eukaryoten 1 mm

speld

Punt van een naald met bacteriën

Eén bacterie bevat ongeveer evenveel DNAletters als dit boek

Informatie in het DNA in “letters” -virus, 3000 -bacterie, 3.000.000

-cel, 3.000.000.000 -mens, 300.000.000.000.000.000.000.000 -biosfeer?

Urey-Miller experiment: 1952

In: Water met: >ammonia, >methaan >zwaveldamp + electrische vonken (“onweer”)

Voorbeeld van een aminozuur molecuul

Urey-Miller experiment: 1952

In: Water met: >ammonia, >methaan >zwaveldamp + electrische vonken (“onweer”)

Voorbeeld van een aminozuur molecuul Na een week: >aminozuren, >suikers >vetzuren (bouwstenen van eiwitten)

Celchemie is buitengewoon complex. In de cel vinden tienduizenden verschillende reacties plaats

Cholesterolproductie

Cholesterol

Citroenzuurcyclus

Fossielen cyanobacteriën 3,5 miljard jaar oud

Oxydatieve Fotosynthese Geëvolueerd in Cyanobacteriën (tussen 2,5 en 3,5 milljard jaar geleden) (“primitief leven”)

Zwarte Zee

Licht H2O C O2

O2

Suikers

Cyanobacteriën

Calvin-cycle

Niemand heeft tot nu toe iets levends gemaakt uit uitsluitend dood materiaal. Leven blijft de enige manier om leven te maken.

Missen we nog een essentieël ingredient om leven te maken? En om evolutie te begrijpen?

Exciton

Dihydro-antraceen



R* =



Panspermia

Artist impression

In zich vormende sterclusters (met hoge sterdichtheid!) is uitwisseling mogelijk van materiaal (met bacterieel leven) tussen planeten (horend bij verschillende sterren). (Door meteorieten )

Panspermia

Panspermia



R* = fp = ne = fl = fi = fc =


L=

Late Heavy Bombardment ( LHB and also known as the lunar cataclysm) is a hypothetical event thought to have occurred approximately 4.1 to 3.8 billion years ago

Simulation showing the outer planets and planetesimal belt:  a) early configuration, before Jupiter and Saturn reach a 2:1 resonance;  b) scattering of planetesimals into the inner Solar System after the orbital shift of Neptune (dark blue) and Uranus (light blue);  c) after ejection of planetesimals by planets

LHB of Lunar cataclysm 4 billion years ago

Now

Questions  Did this bombardment really happen when we think it did? Or did it take place before the first life?  Could life on Earth have survived through those 300 million years of planetary pummeling?  Or, did life just keep re-starting - re-originating - all through that period until finally the planet stopped killing it off? We don't have answers to these questions yet, but these tiny carbon specks inside one ancient zircon crystal could prove to be a pivotal discovery in our efforts to understand life's intimate relationship to its cosmic cradle.

Carbon inclusions in a 4.1 Gy zircon crystal

Carbon inclusions in a 4.1 Gya zircon crystal

Carbon inclusions in a 4.1 Gya zircon crystal



R* = fp = ne = fl = fi = fc =

Rate of formation of stars suitable for the development of intelligent life. fraction of those stars with planetary systems. number of planets, per solar system, with an environment suitable for life. fraction of suitable planets on which life actually appears. and stays.------fraction of life bearing planets on which intelligent life emerges. fraction of civilizations that develop a technology that releases detectable signs of their existence into space. Length of time such civilizations release detectable signals into space.

L=

Gaia of Goudlokje?

Gaia of Goudlokje?

Goudhaartje en de drie beertjes

 Aarde: dynamisch evenwicht

Gaia?

 Aarde: dynamisch evenwicht  Venus: runaway greenhouse  Mars: runaway icehouse

Mars: runaway icehouse Atmosfeer verloren door geringe zwaartekracht Broeikas effect daardoor veel kleiner Geen plaattectoniek meer Daardoor geen recycling

Venus: runaway greenhouse Veel zonnestraling veel broeikasgas  geeft hoge temperatuur hoge waterdampconcentratie en veel UV daardoor in de stratosfeer: 2+ dissociatie van water (in 2H en O ) H (waterstof) ontsnapt uit atmosfeer O verbindt zich met C tot CO2 Een groot deel van de O en C uit de lithosfeer komt in de atmosfeer

Aarde: dynamisch evenwicht Versimpeld model:  CO2 lost op in regen  Reageert met de verweringsproducten van rotsen, (silicaatverwering) 2+  Vrijkomen en oplossen van Ca (calcium) en HCO3  Vrijkomen is afhankelijk van hoeveelheid regen,  Hoeveelheid regen is afhankelijk van temperatuur  Temperatuur is afhankelijk van CO2 concentratie  Ca vormt met CO3 calciumcarbonaat (CaCO3 )  Foraminiferen maken daar kalkskeletjes van  Subductie door plaattectoniek  Via vulkananisme CO2 terug in atmosfeer  Die hoeveelheid is variabel op geologische schaal

Samenvatting van de gebeurtenissen rond de Grote Oxydatie

MIF of S = Mass-independent fractionation of sulpher isotopes

Moeilijke stappen

Nog een moeilijke stap?

Evolutie meercelligheid (“Cambrian explosie”)  Schimmels  Planten  Dieren

Voorwaarden:  Cel specialisatie (bijv. door methylering)  Samenwerking  Altruïsme Misschien toch wel een moeilijke stap!

Zoogdieren Landplanten en dieren

Prokaryoten

Meer zuurstof

Dieren Anaerobe fotosynthese

Multicellulair leven Zuurstof in atmosfeer ( + 2%)

Eukaryoten

Oxydatieve fotosynthese

Change of the oxygen concentration (and ozone!)

Red and green lines represent the range of estimates uncertainty Start oxydatieve fotosynthese BIF (Banded Iron Formations) 3.00 3.85

Time

in Giga years

2.45

1.85

Snowball earth

0.85

0.54

Snowball earth

0



R* =



Luisteren met de grote radio antenne van Arecibo Gebouwd in 1963 Diameter: 305 meter Kan object ter groote van een golfbal op de maan zien. Kan zeer zwakke signalen opvangen

Tot nu toe: geen “levens tekens” ontvangen!



R* =



De gemiddelde levensduur L van 60 historische aardse beschavingen is 420 jaar “Moderne” beschavingen (28) in de periode vanaf Romeinse Rijk tot heden, hebben een gemiddelde levensduur L van 304 jaar

Heel optimistische schattingen

7000 600 600

Optimistische schattingen

19000

Realistische schattingen

0.000007

Technologie vergroot de mogelijkheden van de mens enorm en dus ook de risico’s van vernietiging.

Scientific American oktober 2015,

Ruimteoorlog

Scientific American oktober 2015,

Bewapende robots

Scientific American, november 2015,

Sociale robots?

Is er nog hoop?

Waar is iedereen? De Fermi-paradox Enrico Fermi

Recommend Documents