¿Cuán lejos podríamos detectar que la Tierra tiene vida?

Supongo que los planetas que llevan vida están demasiado separados para ser detectados. Creo que solo podemos encontrar los que están dentro de una esfera alrededor de nuestro planeta que tiene cientos de años luz de diámetro, pero sospecho que los planetas con vida pueden estar mucho más lejos que eso.

Me gustaría estimar el diámetro de la esfera dentro de la cual podríamos detectar vida en otro planeta y luego estimar la probabilidad de que haya vida dentro de esa esfera.

Por ejemplo, si le damos a nuestra tecnología actual, ¿cuál es la distancia más remota que podría detectar la vida en la Tierra? ¿Cuántas estrellas como nuestro sol hay en esa esfera? ¿Cuánto tiempo le tomaría a SETI descartar cada una de esas estrellas?

Depende de lo que quieras decir con detectar vida. Como se explica en esta publicación hipotética de Randall Munroe , las algas en la tierra les contarán a los alienígenas sobre nosotros antes de que podamos contarles sobre nosotros.

Si considera la presencia de agua líquida o la presencia de como detección de vida, entonces dicha detección se puede hacer estudiando el espectro de planetas , medidas que podemos hacer actualmente. El planeta extrasolar más alejado descubierto hasta ahora está a una distancia de 27.700 años luz . Entonces, una respuesta parcial a sus preguntas sería estudiar el espectro de cada planeta extrasolar encontrado dentro de la zona habitable circunestelar para buscar firmas de signos reveladores de vida. Actualmente contamos con la tecnología para medir el espectro de reflexión óptica de un planeta extrasolar, por ejemplo, el VLT de ESO , el Observatorio Gemini y el instrumento OSIRIS en GTC$O_2$pero no sé si SETI tiene esa capacidad. Podrías seguir buscando el trabajo de la Dra. Sara Seager .

Había postergado la respuesta a esta pregunta porque parece demasiado amplia sin especificar qué tipo de métodos de detección se proponen. Pero si responde directamente desde la perspectiva de - si tomáramos el sistema solar y lo pusiéramos a cierta distancia de nosotros, podríamos detectar signos de vida en el planeta Tierra - entonces la respuesta probablemente no sea.

Usando la tecnología actual (y con eso quiero decir experimentos y telescopios que están disponibles ahora) probablemente no podríamos detectar la vida en la Tierra, incluso si se observa desde una distancia de unos pocos años luz. Por lo tanto, no hay estrellas dentro de esta esfera (aparte del Sol).

1. Aún no se han detectado planetas como la Tierra alrededor de otra estrella. Es decir, ninguno que tenga una masa, radio y órbita similares a 1 au (o cerca de él) de una estrella de tipo solar [EDIT: Por supuesto, ahora hay un competidor cercano en Kepler-452b, aunque es 60 % más grande que la Tierra; Jenkins y col. 2015. ]. Con la tecnología actual, está casi al alcance. Por lo tanto, cualquier búsqueda dirigida de vida en la Tierra tiene un número limitado de lugares donde comenzar. Si no puede detectar el planeta en absoluto, entonces no hay absolutamente ninguna posibilidad de observar su composición atmosférica para buscar biomarcadores (por ejemplo, oxígeno junto con un gas reductor como el metano o clorofluorocarbonos de una civilización industrial - Lin et al. 2014) Los únicos exoplanetas para los que se han medido las composiciones atmosféricas (de forma cruda y tentativa) son los "Júpiter calientes". - exoplanetas gigantes que orbitan muy cerca de sus estrellas madre.

2. Una búsqueda "ciega" podría buscar firmas de radio y, por supuesto, esto es lo que SETI ha estado haciendo. Si estamos hablando de detectar "Tierra", entonces debemos suponer que no estamos hablando de intentos deliberados de comunicación con vigas, y por lo tanto debemos confiar en detectar "charlas" de radio aleatorias y señales accidentales generadas por nuestra civilización. El proyecto SETI Phoenix fue la búsqueda más avanzada de señales de radio de otra vida inteligente. Citando de Cullers et al. (2000) : " Las señales típicas, a diferencia de nuestras señales más fuertes, caen por debajo del umbral de detección de la mayoría de las encuestas, incluso si la señal se originara en la estrella más cercana ". Citando de Tarter (2001) : "En los niveles actuales de sensibilidad, las búsquedas de microondas dirigidas podrían detectar la potencia equivalente de transmisores de TV potentes a una distancia de 1 año luz (dentro del cual no hay otras estrellas) ... ". La equivocación en estas declaraciones se debe al hecho de que nos hacemos emiten señales de vigas fuertes en ciertas direcciones bien definidas, por ejemplo a la conducta de metrología en el sistema solar utilizando el radar. estas señales se han calculado a ser observable más de mil años luz o más. Sin embargo, estas señales son breves, con vigas en una ángulo extremadamente estrecho y es poco probable que se repita. Tendría que ser muy afortunado de observar en la dirección correcta en el momento correcto si realizaba búsquedas específicas.

De ahí mi afirmación de que con los métodos y telescopios actuales no hay muchas posibilidades de éxito. Pero, por supuesto, la tecnología avanza y en los próximos 10-20 años puede haber mejores oportunidades.

El primer paso en una búsqueda dirigida sería encontrar planetas como la Tierra. La primera gran oportunidad será con la nave espacial TESS , lanzada en 2017, capaz de detectar planetas del tamaño de la Tierra alrededor de las 500,000 estrellas más brillantes. Sin embargo, su misión de 2 años limitaría la capacidad de detectar un análogo de la Tierra. La mejor apuesta para encontrar otras Tierras vendrá más tarde (2024 quizás) con el lanzamiento de Platón, una misión de seis años que nuevamente estudia a las estrellas más brillantes. Sin embargo, se requiere un gran salto adelante para realizar estudios de las atmósferas de estos planetas. La imagen directa y la espectroscopía probablemente requerirían interferómetros anuladores espaciales; Las observaciones indirectas de efectos de fase y espectroscopía de transmisión a través de una atmósfera de exoplaneta no requieren una gran resolución angular, solo precisión masiva y área de recolección. La espectroscopía de algo del tamaño de la Tierra alrededor de una estrella normal probablemente requerirá un mayor sucesor del Telescopio Espacial James Webb ( JWST - lanzamiento en 2018), o incluso más área de recolección que la que proporcionará el E-ELT en la próxima década. Por ejemplo Snellen (2013) Sostiene que tomaría 80-400 tránsitos de tiempo de exposición (¡es decir, 80-400 años!) para detectar la señal de biomarcador de un análogo de la Tierra con el E-ELT!

Se ha sugerido que los nuevos proyectos y tecnología de radiotelescopios como el Square Kilometer Array pueden ser capaces de detectar por casualidad el "parloteo" de radio a distancias de 50 pc ( años luz) - ver Loeb y Zaldarriaga (2007) . Esta matriz, que comenzará a funcionar completamente algún tiempo después de 2025, también podría monitorear una multitud de direcciones a la vez para detectar señales emitidas. Tarter et al. Ofrecen una buena visión general de lo que podría ser posible en el futuro cercano . (2009) .$\sim 150$

Encuentro esto muy difícil de responder, el método de detección es crítico en cuanto podemos detectar. Se me ocurren dos métodos probables, uno superior al otro. El primer método implica la velocidad de la luz y nuestra producción de olas. El segundo implica cómo hemos adaptado nuestra atmósfera.

Nuestra producción de ondas (radio) comenzó a fines del siglo XIX, si usamos un punto de referencia, digamos 1900; hemos estado transmitiendo durante 115 años, a la velocidad de la luz, una especie a no más de 115 años luz de distancia podría detectarnos. De ahí la idea del programa SETI como Rahul ha sugerido, con la intención de transmitirnos.

El mejor método, y el que veo que funciona para los humanos en su búsqueda de otros, es el envenenamiento atmosférico. Hay hidrocarburos específicos en nuestra atmósfera que se cree que solo son producidos por el hombre, si pensamos así, entonces es posible que también detectemos envenenamiento atmosférico alrededor de un exoplaneta. La detección de oxígeno simplemente no es suficiente, ya que no es indicativo de que exista vida, el oxígeno se puede producir naturalmente en cantidades limitadas como se encuentra en otras partes del sistema solar, sin embargo, para mantener formas de vida basadas en carbono como nosotros, tendría que haber una gran abundancia. La detección de contaminantes es la forma más lógica de concebir la detección. Si somos capaces de producir elementos que no se encuentran naturalmente, es una clara indicación de que una especie lo puso allí. Esto también se basa en la velocidad de la luz, sin embargo, los contaminantes hechos por el hombre han existido antes de la era de las olas, y han tenido más tiempo para transmitir luz que nuestra producción de olas. La desventaja es el método de detección de contaminantes, actualmente como humanos confiamos en usar una estrella con un planeta en tránsito para determinar la composición, o datos de espectro menos precisos (que no indican material atmosférico).

Otro punto de vista es mirar la escala de Kardashev , uno podría plantear que tenemos la tecnología para determinar esa respuesta en función del consumo de energía. Si pudiéramos detectar un campo gravitacional masivo y ninguna fuente aparente de energía, la energía podría ser cosechada por otra especie; como una esfera de Dyson. Tal detección, creo, sería demasiado fácil de pasar por alto, ya que no es algo que nuestra especie esté buscando activamente. Si bien esto es más cierto para una detección más teórica, otra especie puede detectar el consumo de energía en nuestro planeta, a través de la iluminación de nuestro planeta y la atmósfera junto con el aumento de las temperaturas de la superficie.

Creo que, en el mejor de los casos, en lo que respecta a la interferencia humana, podemos estar buscando en el rango de 100-150 años luz. En cuanto a la detección de la vida en general, no puedo imaginar la era premoderna si hubiera una manera simple de determinar que la vida existiera si se la observa desde otro lugar, aparte del hecho de que teníamos un sistema estable que contenía agua líquida y oxígeno atmosférico.

Podemos ser demasiado dependientes de proporcionar el argumento desde nuestro punto de vista como formas de vida basadas en el carbono, si otra especie avanzó o más que nosotros no se basó en el carbono, podría muy bien estar buscando otras indicaciones más localizadas para sus propias especies , de la misma manera que buscamos indicaciones con las que imaginamos detectarnos.

EDITAR: según lo solicitado por Rob Jeffries; NO, todavía no es posible utilizar la fotometría de tránsito con la tecnología actual. En la 1lyTierra aparecería como 2.776*10^-4″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^12)o 2.776mas, lo cual es posible por el Very Large Telescope de ESO, que tiene una resolución angular capaz de obtener imágenes en miliar segundos. En la 10lyTierra aparecería como 2.776*10^-5″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^13)o 277.6μas, posible después de completar la matriz de telescopios Cherenkov, que tiene una resolución angular capaz de obtener imágenes en microarc segundos. Si bien la matriz de telescopios Cherenkov se limita a 100μasat 400nmy no puede generar imágenes 1μas, en este siguiente nivel es en el que estamos creando imágenes 100ly. La nave espacial Gaia puede resolver hasta20μassin embargo, no puede crear imágenes a este nivel. El Centro de Investigación Ames de la NASA está demostrando habilidades de resolución hasta 5μasen el intento de resolver 1μas, pero nuevamente eso no es resolución de imágenes. Para las ondas de radio, realmente no había mencionado la ley del cuadrado inverso y la degradación de las ondas. Para nosotros como humanos, sí, algunos años luz pueden ser posibles con un reino de posibilidades que se abre con la matriz de kilómetros cuadrados .

Si quieres que retracte mi estimación desde la primera vez, la fotometría de contaminación y tránsito es de hecho posible usando la tecnología actual de hoy en día 1ly, a la par con los receptores de radio existentes 1yr. Sin embargo, si se disuade del hecho de que los nuevos instrumentos aún no están construidos, puede aumentar enormemente esto 100ly, solo porque algo no esté construido no hace que la tecnología no exista (¿Es factible la tecnología SKA? Sí, tenemos el tecnología para que esto suceda en este momento, simplemente no lo hemos hecho. Eso no lo convierte en tecnología que no existe).

Seti Home ha publicado el hallazgo del primer planeta del tamaño de la Tierra detectado en tránsito. La publicación posterior de la Biblioteca de la Universidad de Cornell afirma que el planeta está dentro de la zona habitable e implica que es posible tener una atmósfera y H20 líquido en su superficie. La nave espacial Kepler detectó este hallazgo, en caso de que no lo sepa, Kepler asigna curvas de luz a medida que un cuerpo transita por la cara de otro cuerpo, esto se llama tránsito . Incluso sugerir que esta tecnología aún no existe es absurda, si desea un verdadero análogo a la Tierra como es, con tecnología ya existente; 1ly, si desea utilizar la tecnología posible pero no construida; 100ly.