ותבונה חיים חיפוש

אסטרופיסיקה

והחיים ביקום2

A.Wandel, HUJI

ותבונה חיים חיפוש

כמה כוכבים, מרחקים – אסטרונומיה !אבל הם מאוד רחוקים, יש המון כוכבים? יש

?איך נגלה חיים בכוכבים ? מהם בכלל חיים - חיים

ייתכן והופיעו על כוכבי, כשם שהתפתחו חיים בכדור הארץ לכת אחרים סביב שמשות אחרות

? ארציות-האם קיימות תרבויות חוץ -תבונה האם יצאו? האם ירצו לתקשר? האם יכולים לגלות אותנו

מדוע לא הגיעו אלינו, אם כן? למסעות התפשטות וכיבוש?מזמן

-החיפוש אחרי חיים ותבונה חוץארציים

?איך נראה חייזר: צורות חיים אחרות או•

כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים•משוואת: הסיכויים לחיים ותבונה חוץ ארציים•

Drake

טיסה בחלל ותקשורת רדיו: כוכבי-חיפוש בין•?איך מחפשים ”אותות תבוניים“ •?איך מתקשרים עם תרבות זרה •?האם אנו לבד ואיפה החייזרים : Fermiפרדוקס •

?כמה תרבויות קיימות בגלקסיההכוכבים המתאימים להתפתחות

:חיים

כדי ) -שמשמסות 1.5עד (לא גדולים מדי •שזמן חייהם יספיק להתפתחות חיים

מפותחים ותבונה

יציבים -)שמש0.5 מעל (- לא קטנים מדי •ובעלי איזור הישיב בעל גודל מספיק

מכלל הכוכבים10% בערך •

?כמה תרבויות בגלקסיה

• - n מליארד100 (מספר הכוכבים בגלקסיה(

•fs - הכוכבים המתאים להתפתחות חייםאחוז )10%(

•fp - הכוכבים בעלי פלנטותאחוז •nhz -מספר הפלנטות באזור הישיב•fbl - ההסתברות להתפתחות חיים ביולוגיים•fi - תבונה ההסתברות להתפתחות•No =n x f sx f px n hzx f bl x fiתרבויות בגלקסיה שלנו

?כעת כמה תרבויות יש בגלקסיה תרבויות טכנולוגיות אינן מתקיימות לנצח•

סביר כי הן נעלמות אחרי זמן מוגבל– :בשל

) פיתוח יכולת השמדה גלובלית(מלחמות •פגיעה באקולוגיה של כוכב הלכת שלהן•התנוונות חברתית או מדעית•)פגיעת אסטרואיד(אסון אסטרונומי • Lאם זמן הקיום הממוצע של תרבות הוא •

שנים Noמספר התרבויות בזמן נתון יהיה •

t (10לגיל הגלקסיה L מוכפל ביחס בין )מליארד שנה

N = No x L / t

?כמה תרבויות בגלקסיה כעת

תרבויות עכשיו: (Drake)משוואת דרייקכמה תרבויות תקשורתיות מתקיימות בזמן

נתוןfi = f i xf c

N = n x fs x fp x nhz x fbl x fi x L/t R*= n/t = 10 */yr קצב יצירת כוכבים בגלקסיה

N= R* x fs x fp x nhz x fbl x f i x L RE - קצב יצירת כוכבי לכת מתאימים לחיים

RE = R* x fs x fp x nhz =

=10x 0.1 x1 x1 =1 (opt)

=10x 0.1x0.1x0.1= 0.01 (pes)

N = RE x fbl x fi x L

הערכת הפרמטרים במשוואתדרייק

•fbl - ההסתברות להתפתחות חיים ביולוגייםזמן) פרימיטיביים(בכדור בארץ הופיעו חיים •

אחרי) יחסית לזמן ההתפתחות הכללי(קצר שנוצרו תנאים מתאימים – מאות מיליוני שנה

לכן סביר שחיים מופיעים- מיליארד4 מתוך fblתוך פחות ממליארד שנה בהסתברות גבוהה

-1 ( 100%)קרוב ל

•fi - תבונה ההסתברות להתפתחותבכדור בארץ הופיעו חיים מורכבים•

ואינטליגנציה זמן רב אחרי הופעת חייםלכן ייתכן- מיליארד שנה 3 פרימיטיביים –

שההסתברות להופעת חיים תבוניים תוך פחותקטן fi- מיליארד שנה נמוכה ו-3 מ

הערכת הפרמטרים•fs- כוכבים המתאימים להתפתחות חיים

0.1

•fp- 1-0.1כוכבים בעלי פלנטות

•nhz - 1-0.1פלנטות באיזור הישיב

•fbl- 1-0.1התפתחות חיים ביולוגיים

•fi - 1-0.001תבונה התפתחות

No = n x fs x fp x nhz x fbl x fi Optimist : 1011 x 0.1 1 1 1 1 = 1010

Pesimist : 1011 x 0.1 0.1 0.1 0.1 0.001 = 10,000

:(Drake)הערכת הפרמטרים במשוואת דרייקכמה תרבויות תקשורתיות מתקיימות בזמן

נתוןfi = f i xf c

RE - קצב יצירת כוכבי לכת מתאימים לחייםRE = R* x fs x fp x nhz =

=10x0.1 x 1 x 1=1 (opt)=10x 0.1x0.1x0.1= 0.01 (pes)

N = RE x fbl x fi x L

N=1x 1 x 1 x 10,000=10,000 (opt)=0.01x0.1x0.01x 100= 0.01 (pes)

הערכת הפרמטרים במשוואתדרייק

התפלגות הסיכוי להופעת חיים על פני פלנטהבזמן נתון

?כעת כמה תרבויות יש בגלקסיה

N = R* x fs x fp x nE x fbl x fi x L

= fbl x fi x L x (1 opt) (0.01 pes)

N(opt/pes)

Fb=1

Fi=1

Fb=1

Fi=0.01

Fb=0.1

Fi=0.01

Fb=0.1

Fi=0.001

L=1000 1000

10

10

0.1

1

0.01

0.1

0.001

L=105 100,000

1,000

1000

10

100

1

10

0.1

:תיקים באפלה ?האם אנחנו לבד

חוץ ארצית חיפוש תבונה)SETI(

ETתקשורת עם

-החיפוש אחרי חיים ותבונה חוץארציים

: הסיכויים לתבונה ותקשורת חוץ ארצית•Drakeמשוואת •

טיסה בחלל נוסח ”מסע בין: כוכבי-חיפוש בין•”כוכבים

”תקשורת רדיו נוסח ”קונטקט•?” איך מחפשים ”אותות תבוניים•?איך מתקשרים עם תרבות זרה •?האם אנו לבד ואיפה החייזרים : Fermiפרדוקס •

חיפוש אחר חיים בכוכבי לכתאחרים

זהוי ”טביעת האצבע“של חיים

בספקטרום של כוכבי:לכת

Terrestrial Planet Finder

?מה לחפשהרדיו המוקרן לחלל בכל הכוונים” רעש“גלים קצרים, על ידי תרבות טכנולוגית) איזוטרופי()חודרים דרך האטמוספירה(

?איך לחפשצלחת ענק בקוטר של עשרות: טלסקופ רדיו

מטרים לקליטת גלי רדיו מן החלל פורטו ריקו, ארסיבו: טלסקופ הרדיו הגדול בעולם

.מ-300 בקוטר ” בעל “צלחת

SETI:Search for Extra Terrestrial Intelligence

חיפוש אחר שידורי רדיו שלתרבויות

תצפיות ותקשורת בגלי: טלסקופ -רדיורדיו

טלסקופ-רדיו

הגדול: בפורטו ריקוArecibo טלסקופ -רדיובעולם

-טלסקופים בניו-מערך רדיומכסיקו

VLA

?באיזו תדירות לחפש

” חור המים-”ו 21cm תדירות מולקולת המימן עד לאיזה מרחק אפשר לקלוט שידורים ממכוכבים

?אחרים

?שידור כיווני או איזוטרופי1000 עד : שידור כיווני עם משדר ומקלט בעוצמת ארסיבו

שנות אור

?”כיצד נזהה אות ”תבוניייתכן- צר פס , ממקור טבעי- אות רדיו רחב פס

אות תבוני

SETI:Search for Extra Terrestrial Intelligence

חיפוש אחר שידורי רדיו שלתרבויות

?כיווני או איזוטרופי

?באיזו תדירות לחפשחור-”מ ו"ס21 תדירות מולקולת המימן

המים“

:ערוצי רדיו וטלוויזיה 1GHz=30cm

?איך נזהה אות תבונימן החלל, חייב לבוא מחוץ לכדור הארץ

טווח תדירויות רחב, רוחב פס גדול- אותות טבעיים תדירות מדויקת, רוחב פס קטן- אותות מלאכותיים

)חסכון באנרגיה, יעילות(

אך עלול להיות טבעי, מחזוריות: השתנות בזמן)פולסרים(

עקומת פעמון גאוס: צורה במרחבאפנון תדר, גל נושא, פולסים: צורה בזמן

) דליפה(שידור אקראי : אפיון האות

)מסר(או מכוון

?איך נזהה אות תבונירוחב פס- מלאכותיים , רוחב פס גדול- אותות טבעיים

קטן

אפיון אות הרדיו של כדורהארץ

השתנות בשל סבובכדור הארץ

והתפלגות תחנותהרדיו

חיפוששידורי רדיו:מהכוכבים

טלסקופהרדיו

Green Bank עם צוות

SETI

אבני דרך בחיפוש אותות תבוניים בגלירדיו 1960 -Drake- Green Bank שעות - 400 שני כוכביםOzma project

שעות - 80 שני קווזרים - Kardashev- קרים 1963 -

שעות כל שנה- 1200 חיפוש פולסים - קרים 1969-1983 -

- 1973-1997 - Ohio - Dixon et alכל השמיים

- 1978 - Shwartzmanמקורות רדיו-30 חיפוש פולסים אופטיים ב

- Drake+Sagan - 1975-1976 חיפוש תרבויות דרגה - ארסיבו IIגלקסיות- 4 ב

---1976 - Bower פרויקט SERENDIPכל השמים

---1983Horowitz - Harvard פרויקטSETI , METAכל השמים

--- 1990 - Colomb פרויקט - ארגנטינה META IIכל השמים בחצי הדרומי

- 1992 - NASA 1993 - חיפוש מכוון- ארסיבו- - NASA - JPLכל השמיים

--- 1995 SETI institute -אוסטרליה וNRAO חיפוש מכוון פרויקט- ארהבPhoenix

- SETI @ Home --- 1999מליוני מחשבים אישייםברחבי העולם משתתפיםבניתוח אותות רדיו

--- 2002 - SETI instituteמערך הטלסקופים של מת קה Allen

המועמדים הטובים ביותר שלSETI@HOME

http://setiathome.ssl.berkeley.edu

תחום החיפוש בתלות בעוצמת השידור

עוצמת

השידור

מרחקמארץ

? לתקשראיך

מוכרות להם אינן" שלנו"השפות •"אזניים"ו" עיניים"איננו יודעים האם יש להם •

האם הם מסוגלים לקלוט גלי קול ובאיזו•תדירות

:נשתמש בשפות אוניברסליות•

מתימטיקה וחוקי הטבע• אפשר להעביר תרשימים בשידורי•

"טלוויזיה"

:Pioneer, Voyager חלליות" תיבות נוח" •

? לתקשראיךהמסר המוטבע על •

:פיוניר

)ס“מ(21 מולקולת מימן •

גבר ואישה וצלחת הרדיו•

מיקומנו ביחס לכוכבים•)פולסארים(”מיוחדים“

מערכת השמש עם•כוכבי הלכת וציון מסלול

החללית

שנשלחArecibo מסר י"ע13M לצביר -1974 ב

Drake & Sagan

מבוסס על תרשימים•וגרפיקה המקודדים

”טלוויזיה“בשיטת ה-1ו0 ביטים של •

הצגה בינארית של•1-10

מולקולות סוכרים•ודנ“א

אדם ומערכת השמש•רדיו טלסקופ ארסיבו•

המרחק בין תרבויות בגלקסיהתרבויות מפוזרות באופן אחיד בגלקסיה Nנניח כי •

Dשצורתה דיסקה שטוחה בקוטר

בין תרבויות שכנות בגלקסיה dהמרחק הממוצע •N. זמנית -תלוי במספר התרבויות הקיימות בו

2d ~השטח שתופסת כל תרבות •לכן 2D ~שטח הגלקסיה ••D2 ~ Nd 2=< d = D/ N1/2

• D=100,000 ly לכןN1/2 /d=100,000

• N = 100 10,000 1,000,000 לדוגמא• d = 10,000 1,000 100 ly

D

d

?עם כמה תרבויות בגלקסיה ניתן לתקשר

כדי, אם תרבויות טכנולוגיות מתקיימות תקופה מוגבלת•לקיים תקשורת זמן החיים צריך להיות ארוך מספיק כדי

.לשלוח אות ולקבל תשובהצריך להיות גדול מהזמן הנחוץ לאות לנוע Lאורך החיים •

L<2d/c:הלוך ושוב במהירות האורראינו כי המרחק הממוצע בין תרבויות שכנות בגלקסיה•

) (dזמנית-תלוי במספר התרבויות המתקיימות בו , :N• N1/2 /d=100,000 א"ש(בשנות אור(ניתן לצפות, תרבויות בגלקסיה10,000 אם יש , לדוגמא•

, א"ש1000 כי השכנה הקרובה ביותר נמצאת במרחק

.שנה.שנה10,000 נניח כי תרבות תקשורתית מתקיימת •

.שדרים5 במקרה זה ניתן להחליף עד הקרובה ביותר תהיה, תרבויות100 אם יש רק , לחילופין•

ואז אין אפשרות לתקשורת, א"ש- 10,000 במרחק של כ.צדדית-דו

מספר התישדורות שניתןלהחליף

אורך החיים הממוצע של תרבות)שנים(

תתיו

ורש

קת

ת ויו

בתר

ר פ

סמ

, מושבות חלל,מסעות חלל

עבמ“ים ופרדוקסאיפה הם: פרמי

?החיזרים

מושבות בחללהאנושות עוזבת את פני פלנטת האם•תחנות חלל•) O’Neill(מושבות אוניל : ערים בחלל•וכדור דייסון )לארי ניבן(עולם הטבעת •Kardashevתרבויות קרדשב •בסיסים על הירח וכוכבי הלכת•

במערכת השמששינוי האקלים •שינוי תכונות המתישבים בהנדסה•

גנטית

תחנת חלל סביב הארץ: העתיד

מושבות החלל של אוניל

כדור דייסון

Freeman Dysonי "הוצע ע•

תרבויות טכנולוגיות •מתקדמות בונות מערכים של

מושבות חלל סביב השמששלהן

קולטות את רוב האנרגיה•הנפלטת ממהשמש לצרכיהן

פולטות את היתרה בצורת•חום

ייתכן שכדור דייסון ניתן•-י חתימת האינפרא"לגילוי ע

אדום שלותצפיות טרם גילו מקור כזה•

Kardashevתרבויות קרדשב

סולם תרבויות לפי כמות האנרגיה בו הן משתמשות•Iתרבות מסוג •W 1013שולטת באנרגית הפלנטה שלה –•

דומה, מתאימה את הפלנטה שלה לצרכיה•לאנושות בימנו

IIתרבות מסוג •W 1026שולטת באנרגית השמש שלה – •

כדור, מתאימה את מערכת השמש שלה לצרכיה•דייסון

IIIתרבות מסוג •W 1037שולטת באנרגית הגלקסיה שלה – •

אימפריה גלקטית•

טיסה בחללאיך להגיע מכדור הארץ אל כוכבים אחרים•?ספינות חלל •

) - שניה/קמ(10-30 איטיות מדי - בטכנולוגיה הנוכחית •שנה לכוכב הקרוב ביותר50,000

הקפאה, חללית דורות•ממהירות :1-10%יש לבנות חלליות מהירות הרבה יותר•

האורשנה0.01c , 50, מנוע היתוך: פרויקט דדאלוס•האצה בלייזר, מנוע היתוך גרעיני: תכנונים מתקדמים•

חלליות העתידיחס המטען(לוג X מהירות הפליטה= מהירות החללית•

)דלק/• x Ve (Mload / Mfuel)log Vship=9-: 10יעילות, Ve=שניה /קמ- 10 דלק כימי •

שניה/אלפי קמ-היתוך גרעיני•• Ve= 0.01c(Daedalos (1%יעילות::יעילות) מהירות האור Ve= c(פוטונים - חומר -אנטי•

100%ממערכת השמש האצה בקרן לייזר: חללית מפרש• מהתווך) מימן(אוספת דלק: (Bussard) חללית משפך•

הבינכוכבי )t=to/(1-v2/c2: התארכות הזמן לפי תורת היחסות •

מאפשרת להגיע לכוכבים רחוקים במהלך חיי אדם

Bussard((חללית משפך

כיבושהגלכסיה

התפשטות ויצירתמושבות

2 בכל צעד : תסריט משלחות

שנה, 500 א"ש10 כל צעד

רשת- צעדים10 אחרי מושבות בטווח של

א סביב השמש"ש100

כמה זמן נחוץ כדילהתפשט בכל

?הגלקסיה

כיבוש הגלכסיהכיבוש והתפשטות, יצר גילוי: מוטיבציה

התישבות ושליחת דור:” דילוגים”התפשטות ב•חדש

הקמת רשת מושבות•”ממהירות האור ”צעד3% במהירות של : דוגמא•

. שנות טיסה300 שנות אור אורך 10 של 500 כ "שנה להתישבות – סה200 נוסיף עוד •

שנה): ממרכז הגלכסיה(מספר הצעדים הנחוץ •

n=50,000/10=5000רשת המושבות תכסה את הגלכסיה תוך •

t=5000x500=2,500,000yrזמן קצר בהשוואה לגיל הכוכבים ולהתפתחות•

החייםהאם- כיון שאין סימן של אורחים מהחלל•

? אנחנו לבד

?“איפה הם כולם: ”פרדוקס פרמי

הן היו, לו היו עוד תרבויות בגלקסיהמגיעות לכדור הארץ מזמן

העובדה שאין עדויות לכך שהיו פהשאנו לבד" מוכיחה" .

מנםוהא ?

באמת פרדוקס פרמי האםזה בכלל לא? שאנחנו לבד" מוכיח"

...בטוח"צעירה"אנחנו תרבות טכנולוגית •המידע על קיום אינטליגנציה בכדור הארץ טרם•

שנות אור 50מרוחקות מעל ההגיע לתרבויות )אם יש כאלה(

לפני עידן הרדיו אינו כפי שהוא נראהר הארץוכד•מיוחד

בי לכת עם חיים ביולוגיים הינםוככבהנחה ש•אינם רואים סיבה לבקר" שכנים"ה, שכיחים

מסע בינכוכבי הינו יקר ודורש השקעת אנרגיה•עצומה

:The Fermi Paradox Extra Terrestrial civilizations Expansion & colonization of habitable planets If there were advanced civilzations nearby they

would reach Earth as well Since there is no evidence to such colonization, Extra Terrestrial civilizations must be very rare

but is it? A few ways out: We are a young civilization (radio leakage

did not yet reach nearest civilizations) We are uninteresting Life / civilization are common

עצמים בלתי: עבמ“יםמזוהיםUFOs: Unidentified Flying Objects

כלי טייס משונים, אורות- דיווחים על תופעות מוזרות "חטיפות, "עקבות על הקרקע"), צלחות מעופפות("

:התפלגות ההסברים

תעתועי ראיה או מעשי רמאות ואחיזת עיניים90%

תופעות אטמוספריות או אסטרונומיות ידועות6%

מטוסים ולווינים3%

אך לא חייב להיות אורחים מן- לא ניתן להסבר 1% !החלל

מחוץ לכדור הארץתבוניים הסיכויים לגילוי חייםאיננו יודעים מה ,

אולם אם לא נחפש ,

הסיכוי הוא אפס.

טרם גילינו חייםותבונה

, מחוץ לכדור הארץאולם אם לא נחפש

בוודאי שלא נמצא