LUENTO A 15.6.2017 Kyösti Ryynänen EKSOPLANEETAT MAANULKOPUOLISEN ÄLYKKÄÄN ELÄMÄN MAHDOLLISUUS JA TODENNÄKÖISYYS 1 ENSIMMÄISET LÖYDETYT EKSOPLANEETAT 1992 ENSIMMÄINEN NEUTRONITÄHDEN (PSR 1257+12) YMPÄRILTÄ 1995 ENSIMMÄINEN AURINGONKALTAISEN TÄHDEN (51 PEGASI) YMPÄRILTÄ 2 1
EKSOPLANEETAT EKSOPLANEETAT (EXTRA SOLAR SYSTEM PLANETS) OVAT HAVAINTOKOHTEINA ERITTÄIN VAIKEITA EKSOPLANEETAT OVAT KAUKANA, PIENIKOKOISIA, PIENIMASSAISIA, EIVÄT ITSE SÄTEILE VALOA, MUTTA SIJAITSEVAT KUITENKIN LÄHELLÄ MASSIIVISTA KIRKASTA (HÄIKÄISEVÄÄ) KESKUSTÄHTEÄ 3 HAVAITTAVUUSTEKIJÖITÄ KESKUSTÄHDEN KIRKKAUS (SPEKTRIN RIITTÄVÄ KIRKKAUS) JA ATMOSFÄÄRIN STABIILISUUS (MITTAUSTARKKUUS) EKSOPLANEETAN ETÄISYYS KESKUSTÄHDESTÄ EKSOPLANEETAN LÄMPÖSÄTEILY JA ALBEDO (HEIJASTUSKYKY) KESKUSTÄHDEN JA EKSOPLANEETAN MASSOJEN SUHDE (HEILUTTAAKO KESKUSTÄHTEÄ) EKSOPLANEETTASYSTEEMIN ORIENTAATIO (NÄHDÄÄNKÖ ESIM. SUORAAN SIVULTA) EKSOPLANEETTASYSTEEMIN KOKOONPANO RATOJEN EKSENTRISYYS 4 2
HAVAITTAVUUSTEKIJÖITÄ EKSOPLANEETAN KIERTOAIKA EKSOPLANEETAN SIJAINTI RADALLAAN HAVAINTOSUUNNAN EKSTINKTIO (ABSORBTIO + SIRONTA) EKSOZODIAKAALINEN VALO (EKSOPLANEETTASYSTEEMIN KAASUN JA PÖLYN MÄÄRÄ) KÄYTETYN LAITTEISTON TARKKUUS HAVAINTOGEOMETRIA (OTOLLISET SUUNNAT MAAPALLOLTA) HAVAINTO-OHJELMA (HAVAINTO-IKKUNAT) 5 LÖYDETYT EKSOPLANEETAT 15.6.2017 mennessä löydetty 3610 eksoplaneettaa (1968 eksoplaneettaa per 2.10.2015) 610 usemman planeetan systeemiä (490 per 2.10.2015) Paljon vahvistamattomia eksoplaneettakandidaatteja, Nasan Kepler Space Telescope löydetyt planeetat eivät ole edustava otos olemassaolevista eksoplaneetoista löydetään lähellä keskustähteään kiertävät suurimassaiset planeetat, joiden ratataso sattuu näkymään riittävän pienellä inklinaatiolla pienimassaisia planeettoja on nykymenetelmillä erittäin vaikea havaita pitkäperiodisia planeettoja on nykymenetelmillä erittäin vaikea havaita löydetyt planeetat lähellä keskustähtiään (Rochen raja 2,5x tähden säde, a<0.06au keskustähti pakottaa ympyräradalle ja synkroniseen pyörimiseen) 6 3
ELÄMÄ NÄKYISI PLANEETAN SPEKTRISSÄ MAA NÄKYISI KIRKKAANA UV-ALUEELLA (ATMOSFÄÄRIN HAPPI) VIHREÄÄ VALOA NÄKYISI MANTEREISTA JA MERISTÄ (KLOROFYLLIMOLEKYYLI, LEHTIVIHREÄ, KÄYTTÄÄ HYVÄKSEEN MUITA AALLONPITUUKSIA) HAPPI, VESI JA KASVUSTOT MUUTTAVAT MYÖS KIVIEN HEIJASTUSPEKTREJÄ (JÄKÄLÄKASVUSTOT, RAPAUTUMINEN) HEIJASTUSKYKY (ALBEDO) MERET JA VESISTÖT 5-10% PILVET, LUMI JA JÄÄ 60-90% AUTIOMAAT JA KASVIT 10-60% TUNNETAAN MAAPALLON KAUKOKARTOITUKSESTA JA AURINKOKUNNAN KAPPALEISTA 7 ÄLYKKYYDEN ERITYISEDELLYTYKSIÄ BIOKEMIALLINEN POTENTIAALI YMPÄRISTÖN POTENTIAALI PITKÄLLE EVOLUUTIOLLE AIKAA EVOLUUTION EVOLUUTIO KOEVOLUUTIO 8 4
TIETOISUUS TIETOISUUDEN AIKAANSAAVIA MEKANISMEJA AIVOISSA TUTKITAAN EMERGENTIT SYSTEEMITASON SELITYKSET PALJON ESILLÄ NEURONIEN SISÄLTÄ LÖYDETTY EHKÄ INFORMAATION KÄSITTELYYN KYKENEVIÄ MOLEKYYLIRAKENTEITA (MONINKERTAISTAISI AIVOJEN ARVIOIDUN LASKENTAKAPASITEETIN) KVANTTIMEKANIIKKAAN PERUSTUVAT SELITYKSET ESILLÄ (EI DIGITAALISTA) 9 DRAKEN KAAVA N = N * x p p x n E x p l x p i x p c x p T N = kommunikoivien sivilisaatioiden määrä Linnunradassa (saadaan arvio tällä hetkellä elinvoimaisina olevista) N * = sopivien tähtien määrä Linnunradassa p p = todennäköisyys, että tähdellä planeettasysteemi n E = elinkelpoisten planeettojen lukumäärä systemiissä p l = todennäköisyys, että elinkelpoisilla elämä käynnistyy p i = todennäköisyys, että elämä kehittyy älylliseksi p c = todennäköisyys, että älyllinen elämä pyrkii kommunikoimaan tähtienvälisesti p T = kommunikoivan sivilisaation elinikä (suhteessa Linnunradan ikään) 10 5
DRAKEN KAAVA KAAVAN RIIPPUMATTOMIEN JA TUNTEMATTOMIEN MUUTTUJIEN ARVOJEN KESKIARVON JA HAJONNAN TILASTOLLINEN ARVIOINTI (Central Limit -teoreema), Claudio Maccone 2012 TÄMÄ NUMEROHARJOITUS ANTAISI LINNUNRADAN SIVILISAATIOIDEN ARVIOIDUKSI MÄÄRÄKSI 4590 (HAJONTA VÄLILLÄ 1-15785) KAAVAN VOI ITSE KUKIN YHTÄ HYVIN LASKEA OMILLA LÄHTÖARVOILLAAN 11 BAYESILÄINEN ANALYYSI POSTERIOORI TODENNÄKÖISYYS TIEDÄMME ETTÄ VÄHINTÄÄN YKSI ELÄMÄNMUOTO LINNUNRADASSAMME TÄSTÄ SAADAAN ELÄMÄN TODENNÄKÖISYYDELLE ARVIOKSI KERRAN 10-100 MILJARDISSA VUODESSA PER PLANEETTA JOS/KUN LÖYTYY TOINEN ELÄMÄNMUOTO LINNUNRADASTAMME - TODENNÄKÖISYYS ELÄMÄLLE KASVAA KERRAN MILJARDISSA VUODESSA 12 PER PLANEETTA 6
SETI MITEN ÄLYLLINEN ELÄMÄ HAVAITTAISIIN? SÄHKÖMAGNEETTINEN SÄTEILY GRAVITAATIOSÄTEILY HIUKKASET AVARUUSALUKSET 13 HYVIÄ KOHTEITA LÄHITÄHDILTÄ OLISI HAVAITTAVISSA SIVILISAATOIDEN TAHATTOMAT TAI TARKOITUKSELLISET LÄHETYKSET TÄHTIJOUKOT JOISSA PALJON TÄHTIÄ, HELPPO SEURATA SAMANAIKAISESTI USEITA KOHTEITA KUN ENSIN LÖYDETÄÄN ELÄMÄN KIISTATTOMIA MERKKEJÄ, NIIN SIVILISAATIOIDEN ETSINTÄ VOIDAAN KESKITTÄÄ NÄIHIN MUIDEN TÄHTITIETEELLISTEN HAVAINTOJEN YHTEYDESSÄ KERÄTYN MATERIAALIN UUDELLEENLÄPIKÄYNTI VIERAIDEN SIVILISAATIOIDEN VARALTA 14 7
SÄTEILYN ETENEMINEN AVARUUDESSA PITEMPIAALTOINEN SÄTEILY ETENEE TÄHTIENVÄLISESSÄ AINEESSA ESTEETTÄ EDULLISTA ON LÄHETTÄÄ KAPEAKAISTAINEN SIGNAALI PIENEEN KEILAAN (ENERGIANTARVE, SÄTEILYN INTENSITEETIN VÄHENEMINEN ETÄISYYDEN NELIÖÖN) MAANPÄÄLTÄ ETSINTÄ RAJOITTUU ILMAKEHÄN OPTISEEN- JA RADIOIKKUNAAN MAAN TUTKA-, TV-, MATKAPUHELIN- JA RADIOSÄTEILY TEHNYT AVARUUDEN KUUNTELEMISEN YHÄ VAIKEAMMAKSI 15 PARAS KAISTANLEVEYS ESIM. LÄHETETÄÄN SIGNAALIA TAAJUUDELLA 1420 MHz JA 10 Hz:n KAISTANLEVEYDELLÄ 1 Hz KAISTANLEVEYDEN VASTAANOTIN HUKKAISI 90% SIGNAALISTA 100 Hz KAISTANLEVEYDEN VASTAANOTIN SAISI 90% TURHAA TAUSTAKOHINAA 5 Hz KAISTANLEVEYDEN VASTAANOTIN NAPPAISI 50% SIGNAALISTA HYVÄLLÄ KOHINASUHTEELLA NYKYISET VASTAANOTTIMET PYSTYVÄT SKANNAAMAAN 100 MILJOONIA KAPEAKAISTAISIA (ALLE 1 Hz) KANAVIA SAMANAIKAISESTI ALLE 0,1 Hz KAISTANLEVEYKSISTÄ EI ENÄÄ HYÖTYÄ, KOSKA NIILLÄ RADIOSIGNAALI DISPERSOITUU TÖRMÄTESSÄÄN ELEKTRONEIHIN TÄHTIENVÄLISESSÄ AINEESSA 16 8
SIGNAALI MITEN TUNNISTAA KEINOTEKOINEN SIGNAALI LUONNONKOHINASTA? LUONNOLLISET SIGNAALIT OVAT LEVEÄKAISTAISIA EIKÄ NIISSÄ TAVALLISESTI ESIINNY VOIMAKASTA SÄÄNNÖNMUKAISUUTTA PULSARIEN (1967) SÄÄNNÖNMUKAISUUTTA LUULTIIN ENSIN PIENTEN VIHREIDEN MIESTEN AIKAANSAAMIKSI PERIODEISSA HANKALIA MAAN RATALIIKKEEN TAI PYÖRIMISEN JAKSOT, KOSKA NIITÄ LUULTAISIIN HELPOSTI PUUTTEELISISTA KORJAUKSISTA JOHTUVIKSI SIGNAALI JONKA VÄLIAIKA KASVAA SÄÄNNÖNMUKAISESTI HUOMATTAISIIN HELPOSTI, KOSKA LUONNOSSA EI ESIINNY SELLAISIA 17 SIGNAALIN VARMISTAMINEN SIGNAALIN VARMISTUSMENETTELYT: POISSULJETTAVA VIRHELÄHTEET (SOTILASSATELLIITIT, HEIJASTUMAT AVARUUSROMUSTA JA ILMAKERROKSISTA) SUUNNATAAN TELESKOOPPI POIS JA JÄLLEEN TAKAISIN KOHTEESEEN VARMISTUS SAMANAIKAISESTI TOISILLA RADIOTELESKOOPEILLA KOHTEEN TARKKA NOUSU JA LASKUAIKA HORISONTISSA 18 9
CETI MITÄ VOIDAAN OLETTAA YHTEISEKSI KIELEKSI? OSOITETAAN OBJEKTEJA JA OPITAAN TOISEN KIELI JOS YHTEYS SÄHKÖMAGNEETTISEN SÄTEILYN AVULLA, NIIN AINAKIN VALONNOPEUS JA SÄTEILYN LUONNE SEKÄ TEKNIIKKA, JOLLA SITÄ LÄHETETÄÄN YHTEISIÄ MASSOJEN JA ETÄISYYKSIEN SUHTEITA (EI YKSIKÖITÄ), ALKULUKUJA (OLETTAEN MATEMATIIKKA) KOODAUS JA DEKOODAUS BINAARISYSTEEMIÄ (0 JA 1) YKSINKERTAISEMPAA KOODAUSTA EI OLE OLEMASSA (UNIVERSAALI) 19 CETI PITÄISIKÖ PALJASTAA OLEMASSAOLOMME AKTIIVISESTI (PASSIIVISESTI TEEMME SITÄ KOKO AJAN) KOMMUNIKAATIOON TARVITAAN YHTEINEN PERUSTA (LUONNONLAIT JA UNIVERSUMI OVAT TÄLLAISIA UNIVERSAALEJA), VAIKKA OLISIMME ERI LAJIA KUKA TEKEE PÄÄTÖKSET MAASSA, VASTATAANKO JA MITÄ VIESTEJÄ LÄHETETÄÄN ON MYÖS MAHDOLLISTA, ETTÄ JÄRKEVÄT MUUT SIVILISAATIOT EIVÄT VÄLTTÄMÄTTÄ HALUAISIKAAN RYHTYÄ KESKUSTELUUN KANSSAMME 20 10
OZMA 1960 GREEN BANK, FRANK DRAKE TAU CETI JA EPSILON ERIDANI (11 vv) TAAJUUKSILLA LÄHELLÄ 1420 MHz (VEDYN LUONNOLLINEN EMISSIO, JONKA KAIKKI TÄHTIENVÄLISTÄ AINETTA TUTKINEET SIVILISAATIOT TUNTISIVAT), 100Hz LEVEÄLLÄ KAISTALLA ETSIVÄT TOISTUVIA MUOTOJA VASTAANOTETUSSA SÄTEILYSSÄ 21 NASA 1970-LUVUN LOPULTA ETSINTÄ OLI KAKSIKÄRKINEN 1000 KPL AURINGONKALTAISIA TÄHTIÄ (100 vv ETÄISYYKSILLE, ETSITTIIN HEIKKOA SIGNAALIA TODENNÄKÖISISTÄ PAIKOISTA, 10 min kerrallaan, 1000-3000 MHz, oletettiin useille planeetoille sivilisaatio) KOKO TAIVAS (ETSITTIIN VOIMAKKAITA SIGNAALEJA, MUTTA PIENELLÄ HERKKYYDELLÄ JA HUONOLLA SUUNTARESOLUUTIOLLA, 1000-10000 MHz, oletettiin Linnunrataan muutamia voimakkaasti lähettäviä sivilisaatioita) USA:N KONGRESSI LOPETTI NASAN SETI-RAHOITUKSEN 1993 SETI-INSTITUTE JATKANUT TOIMINTAA YKSITYISELLÄ RAHOITUKSELLA 22 11
PHOENIX SETI INSTITUTE YHÄ TARKEMPI HERKKYYS ETSINNÖISSÄ YLI 400 LÄHINTÄ AURINGONKALTAISTA TÄHTEÄ, TAAJUUKSILLA 1Hz - 3GHz NÄILTÄ LÄHITÄHDILTÄ HAVAITTAISIIN VAIN SOTILASTEHOISET TUTKAT, EI TV- TAI FM- RADIOSIGNAALIA USEITA TELESKOOPPEJA: Arecibo (Puerto Rico), Jodrell Bank (UK), Parkes (Australia), Greenbank (West Virginia) 23 SERENDIP The Search for Extraterrestrial Emission from Nearby Developed Intelligent Populations (SERENDIP) US BERKELEY (The University of California) ARECIBO OBSERVATORY, HALKAISIJA 305 m ERILLINEN VASTAANOTIN, PIGGYBACK, RINNAKKAIN RADIOTELESKOOPIN MUUN TOIMINNAN KANSSA (osittain suunnattavissa itsenäisesti) 168 MILJOONAA KANAVAA SAMANAIKAISESTI JOKA SEKUNTI, 0,6 Hz leveät kaistat, aallonpituuksilla 21 cm (1420 MHz) ja 70 cm (UHF-televisio ja tutka) 2007 laitteisto ja tietokoneohjelma uusittu, lisätietoa www.naic.edu myös SETI@home projekti (kotikoneiden verkkolaskentaa hyödyntävä) uudistumassa SOUTHERN SERENDIP (AUSTRALIA) JA ITALIA 24 12
HARVARD RADIOVASTAANOTIN 240 miljoonaa kanavaa, 0,5 Hz kaistanleveys OPTINEN SETI, LASER-SÄTEILY (esim. 1 nanosekunnin pulsseina) PLANEETAN PINNALTA YLITTÄISI KESKUSTÄHDEN SÄTEILYN JA OLISI ULKOPUOLISTEN HAVAITTAVISSA TÄHDEN KOKONAISKIRKKAUTTA MITTAAMALLA 25 AURINKORADIOTELESKOOPPI FRANK DRAKE EHDOTTANUT (YHDESSÄ VON ESHLEMANIN KANSSA), ETTÄ AURINKOA KIERTÄMÄÄN 550 AU:N ETÄISYYDELLE (AURINKOKUNNAN TASOON) RADIOTELESKOOPPI, JOKA KÄYTTÄISI AURINKOA GRAVITAATIOLINSSINÄ (30000 x Arecibon pinta-ala) VIERAIDEN SIVILISAATIOIDEN TV-ASEMAT KUULTAISIIN 100 vv PÄÄSTÄ (elleivät käytä esim. valokaapeleita informaationsiirtoon) 26 13
LÄHETETYT SIGNAALIT Arecibosta, 169 sekuntia pitkä, kohti M13 tähtijoukkoa, 2380 MHz, 10Hz kaistanleveydellä Viestissä (1679 bittiä = 23 x 73) kuvattu mm. Aurinkokunta ja DNA-rakenne 25 000 vv suuntaansa (vastaus tulisi aikaisintaan 50 000 vv kuluttua) luotaimiin kiinnitetty laattoja ja CD-levyjä (Pioneer 10 ja 11, Voyager 1 ja 2) Titaniin Huygens-laskeutujan mukana CD-ROM, jossa 614 400 nimeä ja viestiä 81 eri valtiosta 27 SIVILISAATIOIDEN KEHITYSNOPEUS ON MAHDOLLISTA, ETTÄ TOISENLAISISSA OLOSUHTEISSA EVOLUUTIO ETENISI NOPEAMMIN KUIN MAAPALLOLLA ÄLYLLINEN ELÄMÄ VOISI OLLA PIENIKOKOISTA, VÄHÄN ENERGIAA KÄYTTÄVÄÄ JA NOPEATEMPOISTA SALLIEN SUURTEN POPULAATIOIDEN (KULTTUURIEN) KEHITTYMISEN LYHYESSÄ AIKASKAALASSA, TÄLLAINEN ELÄMÄ PYSTYISI MYÖS SIIRTYMÄÄN HELPOSTI PAIKASTA TOISEEN EHDOTETTU NEUTRONIEN VAHVAAN VUOROVAIKUTUKSEEN PERUSTUVAA ELÄMÄÄ, JOLLOIN SIVILISAATIOT SYNTYISIVÄT, KEHITTYISIVÄT JA SAMMUISIVAT SEKUNNIN MURTO-OSISSA (NEUTRONITÄHTIEN PINNALLA) KOMPLEKSISILLA LAJEILLA AIVOJEN KOKO ON KASVANUT KEHON KOKOA NOPEAMMIN, MONILLA MAAPALLON PIENILLÄ LAJEILLA ON KUITENKIN KEHITTYNEITÄ OMINAISUUKSIA JA VOIDAAN AJATELLA KEHITYSLINJOJA, JOISSA TIETOISUUDEN SAAVUTTANEET LAJIT ALKAVATKIN PIENENTYÄ 28 14
MAAILMANKAIKKEUDEN LAAJENEMINEN UNIVERSUMIN LAAJENEMINEN ESTÄÄ ELÄMÄN SIIRTYMISEN SYNTYPAIKASTAAN KAUAKSI MUUALLE UNIVERSUMIIN JOTTA KAIKKIALLA UNIVERSUMISSA VOISI OLLA ELÄMÄÄ, NIIN ELÄMÄN TÄYTYISI ALKAA KEHITTYMÄÄN ITSENÄISESTI MILJOONISSA ERI PAIKOISSA UNIVERSUMIA LAAJENEMINEN MYÖS ESTÄÄ UNIVERSUMIN ERI OSIEN VÄLISEN YHTEYDENPIDON (KOMMUNIKAATIO- HORISONTTI) UNIVERSUMIN IÄN VIELÄ KAKSINKERTAISTUESSA USEIMMAT NYKYISIN NÄKYVÄT GALAKSIT KATOAVAT NÄKYVISTÄ JA UNIVERSUMIN TUTKIMINEN KÄY VAIKEAMMAKSI 29 ÄLYLLISEN ELÄMÄN TULEVAISUUS ÄLYLLINEN ELÄMÄKIN VOI KUOLLA SUKUPUUTTOON TAI SITTEN LOPULTA HALLITA KOKO MAAILMANKAIKKEUTTA TOISTEN ELÄMÄNMUOTOJEN JA KOLONIALISMIN MYÖTÄ ÄLYKKYYS JAKAANTUU (VERKOSTOITUU), PLANEETTAKUNTIEN TIETOISUUS, GALAKSIEN TIETOISUUS TIETOISUUS HÄVINNYT 10 100 a KULUTTUA, KUN FYSIKAALINEN MAAILMA SAAVUTTAA TERMODYNAAMISEN TASAPAINOTILAN 30 15
LÄHDEKIRJALLISUUS Fred Adams: Elämää multiversumissa, Like, 2004 (2002) AAS 207th Meeting, 8-12 January 2006, abstracts Barrie W. Jones, P. Nick Sleep, and David R. Underw ood, 2006, Habitability of Know n Exoplanetary Systems Based on Measured Stellar Properties, The Astrophysical Journal, 649, p.1010-1019 George H. A. Cole; Wandering Stars, About Planets and Exo-Planets, An Introductory Notebook, 2006 C.G. Tinney, R. Paul Butler, Geoffrey W. Marcy, et.al.; The 2:1 resonant exoplanetary system orbiting HD 73526, arxiv:astro-ph/0602557v1 25 Feb 2006 Roger Penrose: Shadows of The Mind, Oxford University Press 1994, (Vintage 1995) Kyösti Ryynänen: Eksoplaneettojen havaittavuustekijät; säteisnopeusmittausmenetelmä, Pro Gradu, HY, 2003 Dick Sw aab: We Are Our Brains, Penguin Books, 2015, (2014) Peter Ward; Tuntematon elämä, Ursa, 2006 (2005) Hoehler, Tori M., Amend Jan P. and Shock, Everett L., 2007, A Follow the Energy Approach for Astrobiology, artikkeli Astrobiology-lehdessä 6/2007 Exoplanets: Discovering and characterizing Earth like planets, SummerSchoolAlpbach 2009 lectures, www.summerschoolalpbach.at www.avaruus.fi 31 16