ایا ما تنها تمدن هوشمند کیهانیم ؟

[Interstellar]

بررسی‌ها اولیه‌ی تاریخچه‌ی شکل‌گیری سیارات در کیهان نشان می‌دهد که زمین پس از ۷۵-۸۰ درصد سیارات مشابهش به وجود آمده است. اکنون به واسطه‌ی کشفیات فضاپیمای کپلر دانش ما درباره‌ی شکل‌گیری سیارات و وابستگی آن به جرم و فراوانی فلزی ستاره‌ی مادر بیشتر شده است. در این مقاله، مولفان مدل‌های شکل‌گیری سیارات را با مدل‌های شکل‌گیری کهکشانی ترکیب کرده‌اند تا تاریخ شکل‌گیری سیارات زمین-مانند و سیارات غول‌پیکر را در کهکشان راه‌شیری و در کل کیهان به دست آورند.

تصویر ۱: چپ: چگالی شکل‌گیری سیارات زمین-مانند برحسب جرم کهکشان و زمان کیهانی. منحنی‌ها محل شکل‌گیری ۵۰ و ۹۰ درصد همه‌ی سیارات را نشان می‌دهند. علامت دایره و نقطه نشان‌دهنده جرم و سن راه‌شیری در زمان شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی است.
راست: مانند چپ، اما برای سیارات غول‌پیکر.



 
شکل‌گیری سیارات به جرم ستاره‌ی مادرشان بستگی دارد. ستاره‌های یک کهکشان توزیع جرمی تقریبا ثابتی دارند. بنابراین آهنگ شکل‌گیری سیارات در یک کهکشان به آهنگ ستاره‌زایی در آن کهکشان وابسته است، که البته با تابعی از فراوانی فلزی ستاره‌ها تعدیل می‌شود. مدلی که در این مقاله استفاده شده است، آهنگ شکل‌گیری سیارات را بر حسب آهنگ ستاره‌زایی کهکشان، تابعی توانی از فراوانی فلزی گازی در کهکشان، و میانگین تعداد سیارات برای یک ستاره محاسبه می‌کند.

تصویر بالا: نمودار همه‌ی سیارات زمین-مانند و غول‌پیکری که در راه‌شیری به وجود آمده‌اند، بر حسب زمان. نقطه‌چین عمودی زمانی را نشان می‌دهد که زمین به وجود آمده است.

پایین: آهنگ شکل‌گیری سیارات در راه‌شیری بر حسب زمان کیهانی.
 

تصویر یک، میانگین چگالی شکل‌گیری سیارات زمین‌-مانند (چپ) و سیارات غول‌پیکر (راست) را بر حسب تابعی از سن کیهان و جرم ستاره‌ای کهکشان نشان می‌دهد. چگالی شکل‌گیری سیارات از حاصل‌ضرب آهنگ شکل‌گیری سیارات در چگالی حجمی کهکشان‌ها به دست می‌آید. سیارات غول‌پیکر به علت وابستگی به فراوانی فلزی ستاره دیرتر از سیارات زمین-مانند شکل می‌گیرند. صرف نظر از نوع سیاره، جرم کهکشان‌ها در زمانی که سیارات در آن‌ها شروع به شکل‌گیری می‌کنند حدود ۱۰ به توان ۱۰.۵ جرم خورشیدی است. سیارات غول‌پیکر در کهکشان‌های کم‌جرم‌تر نادرتر از سیارات زمین-مانند هستند. بنابر این نتایج پیش‌بینی می‌شود که حدود ۱۰ به توان ۲۰ سیاره‌ی زمین-مانند در حجم کیهان کنونی ما وجود داشته باشد.
آهنگ و تاریخچه‌ی شکل‌گیری سیارات در کهکشان راه شیری در تصویر دو نشان داده شده است. این تصویر نشان می‌دهد که زمین دیرتر از حدود ۸۰ درصد سیارات مشابهش که در حال حاضر در راه‌شیری (و کیهان) هستند به وجود آمده است. همچنین دیده می‌شود که آهنگ شکل‌گیری سیارات زمین‌-مانند از دیدن لینک ها برای شما امکان پذیر نیست. لطفا ثبت نام کنید یا وارد حساب خود شوید تا بتوانید لینک ها را ببینید.
انتقال‌به‌سرخ  ۲ و سیارات غول‌پیکر از انتقال‌به‌سرخ ۱ رو به افول بوده است، که عمدتا به علت افول آهنگ ستاره‌زایی در این کهکشان‌ها است. از طرف دیگر با در نظر گرفتن ادامه یافتن ستاره‌زایی، زمین پیش از ۹۲ درصد کل سیارات مشابهی که در آینده در کیهان به وجود خواهند آمد، شکل گرفته است.
تصویر ۳: توزیع احتمال تعداد کل سیاراتی در کیهان که دارای تمدن هستند. برای توضیح بیشتر به متن رجوع کنید.
معادله‌ی معروف درِیک[sup](۱)[/sup] که تعداد تمدن‌های هوشمندی را که توانایی برقراری ارتباط دارند محاسبه می‌کند، به غیردقیق بودن معروف است. حاصل این معادله از احتمال ۰/۰۰۰۰۱ وجود تمدن به ازای هر سیاره‌ی قابل زیست تا احتمال‌های بسیار کمتر تغییر می‌کند. ترکیب این معادله با محاسبات این مقاله در مورد تعداد سیارات زمین-مانند، به ما می‌گوید که بین یک تا ۱۰ به توان ۱۵ تمدن در کیهان و یک تا ۱۰ به توان ۴ تمدن در راه‌شیری در حال حاضر وجود دارد. تابع احتمال تعداد کل سیاراتی که تمدن دارند در شکل سه نشان داده شده است.
در شکل سه، با در نظر گرفتن اینکه زمین پیش از ۹۲ درصد کل سیارات مشابهش در آینده به وجود آمده، تصور شده است که زمین اولین، دهمین، و یا صدمین سیاره‌ای در کیهان باشد که تمدن دارد. سپس با این پیش فرض‌ها نمودار احتمال تعداد کل سیارات با تمدنی که در کیهان وجود خواهند داشت کشیده شده است. حتی برای محافظه‌کارانه‌ترین مدل‌ (این که زمین اولین سیاره‌ای باشد که تمدن دارد) بسیار نامحتمل (کمتر از ۸ درصد) است که ما تنها تمدنی باشیم که کیهان تا ابد خواهد داشت (این احتمال با نمودار مشکی نشان داده شده است). نمودارهای آبی و قرمز نشان می‌دهند که با بالا بردن تعداد سیارات اولیه‌ای که تمدن داشته‌اند، احتمال اینکه تعداد بیشتری تمدن در حال حاضر در کیهان باشند نیز بیشتر می‌شود. نمودار قرمز نشان می‌دهد که اگر زمین دهمین سیاره‌ی با تمدن باشد، بیش از ۱۰۰ سیاره با تمدن در کیهان خواهد بود و نمودار آبی می‌گوید که با فرض اینکه زمین صدمین سیاره‌ی با تمدن باشد بیش از ۱۰۰۰ تمدن وجود خواهد داشت. بنابر این محاسبات، احتمال اینکه ما تنها تمدن در کل کیهان باشیم بسیار ناچیز است!