a que distância podemos detectar que a Terra tem vida?

Meu palpite é que os planetas portadores de vida estão muito distantes para serem detectados. Acho que só podemos encontrar os que estão dentro de uma esfera em nosso planeta com 100s de anos-luz de diâmetro, mas suspeito que os planetas portadores de vida podem estar muito mais distantes do que isso.

Eu gostaria de estimar o diâmetro da esfera dentro da qual poderíamos detectar a vida em outro planeta e depois estimar a probabilidade de haver vida dentro dessa esfera.

Por exemplo, dê à nossa tecnologia atual qual a maior distância possível para detectar a vida na Terra? Quantas estrelas como o nosso sol estão nessa esfera? Quanto tempo levaria para o SETI descartar cada uma dessas estrelas?

Depende do que você quer dizer com detectar a vida. Como é explicado neste post what-if de Randall Munroe , as algas na Terra contarão aos alienígenas sobre nós antes que possamos contar sobre eles.

Se você considerar a presença de água líquida ou a presença de como detecção de vida, essa detecção poderá ser feita através do estudo do espectro de planetas extra-solares, medidas que atualmente podemos fazer. O planeta extra-solar mais distante descoberto até agora está a uma distância de 27.700 anos-luz . Portanto, uma resposta parcial às suas perguntas seria estudar o espectro de todos os planetas extra-solares encontrados na zona habitável das circunstâncias para procurar assinaturas de sinais indicadores da vida. Atualmente, temos a tecnologia para medir o espectro de reflexão óptica de um planeta extra-solar, por exemplo, o VLT do ESO , o Observatório Gemini e o instrumento OSIRIS no GTC$O_2$mas não sei se o SETI tem essa capacidade. Você poderia procurar mais o trabalho da Dra. Sara Seager .

Eu adiei a responder a essa pergunta porque ela parece muito ampla sem especificar que tipo de métodos de detecção são propostos. Mas se você responder diretamente da perspectiva de - se pegarmos o sistema solar e colocá-lo a alguma distância de nós, poderíamos detectar sinais de vida no planeta Terra - então a resposta provavelmente não é.

Usando a tecnologia atual (e com isso quero dizer experimentos e telescópios que estão disponíveis agora), provavelmente seríamos incapazes de detectar a vida na Terra, mesmo se observados a uma distância de alguns anos-luz. Portanto, não há estrelas nesta esfera (além do Sol).

1. Ainda não foram detectados planetas como a Terra em torno de outra estrela. Ou seja, nenhum que tenha massa, raio e órbita semelhantes a 1 au (ou próximo a ele) de uma estrela do tipo solar [EDIT: É claro que agora há um candidato próximo no Kepler-452b, embora seja 60 % maior que a Terra; Jenkins et al. 2015 ]. Com a tecnologia atual, ela está quase ao alcance. Portanto, qualquer busca direcionada pela vida na Terra tem um número limitado de lugares para começar. Se você não consegue detectar o planeta em tudo , então não há absolutamente nenhuma chance de olhar para a sua composição atmosférica para procurar biomarcadores (por exemplo, oxigênio, juntamente com um gás redutor como o metano, ou clorofluorcarbonos de uma civilização industrial - Lin et al 2014.) Os únicos exoplanetas para os quais as composições atmosféricas foram (grosseiramente e provisoriamente) medidos são "Júpiteres quentes". - exoplanetas gigantes orbitando muito perto de suas estrelas-mãe.

2. Uma pesquisa "cega" pode procurar assinaturas de rádio e, é claro, é isso que a SETI tem feito. Se estamos falando sobre a detecção da "Terra", devemos assumir que não estamos falando de tentativas deliberadas de comunicação por raios e, portanto, devemos confiar na detecção de "conversas" aleatórias no rádio e sinais acidentais gerados por nossa civilização. O projeto SETI Phoenix foi a busca mais avançada por sinais de rádio de outra vida inteligente. Citando Cullers et al. (2000) : " Sinais típicos, em oposição aos nossos sinais mais fortes, ficam abaixo do limiar de detecção da maioria das pesquisas, mesmo que o sinal tenha origem na estrela mais próxima ". Citando Tarter (2001) : "Nos níveis atuais de sensibilidade, as buscas direcionadas por microondas podem detectar a potência equivalente de fortes transmissores de TV a uma distância de 1 ano-luz (dentro do qual não há outras estrelas) ... ". O equívoco nessas declarações se deve ao fato de que que fazer emitem sinais vigas fortes em certas direções definidas pelo bem, por exemplo, para conduta de metrologia no sistema solar usando radar. Tais sinais foram calculados para ser observável mais de mil anos-luz ou mais. Mas estes sinais são breves, vigas em um ângulo extremamente estreito e improvável de ser repetido.Você teria que ter muita sorte de estar observando na direção certa e na hora certa, se estivesse realizando pesquisas direcionadas.

Daí minha afirmação de que, com os métodos e telescópios atuais, não há muita chance de sucesso. Mas é claro que a tecnologia avança e nos próximos 10 a 20 anos poderá haver melhores oportunidades.

O primeiro passo em uma pesquisa direcionada seria encontrar planetas como a Terra. A primeira grande oportunidade será com a sonda TESS , lançada em 2017, capaz de detectar planetas do tamanho da Terra em torno das 500.000 estrelas mais brilhantes. No entanto, sua missão de dois anos limitaria a capacidade de detectar um análogo da Terra. A melhor aposta para encontrar outras Terras virá mais tarde (talvez 2024) com o lançamento de Platão, uma missão de seis anos que novamente estuda as estrelas mais brilhantes. No entanto, existe um grande salto necessário para realizar estudos das atmosferas desses planetas. A imagem direta e a espectroscopia provavelmente exigiriam interferômetros de nulização no espaço; observações indiretas de efeitos de fase e espectroscopia de transmissão através de uma atmosfera de exoplaneta não requerem grande resolução angular, apenas precisão maciça e área de coleta. A espectroscopia de algo do tamanho da Terra em torno de uma estrela normal provavelmente exigirá um sucessor maior do Telescópio Espacial James Webb ( JWST - lançamento 2018), ou ainda mais área de coleta do que a fornecida pelo E-ELT na próxima década. Por exemplo Snellen (2013) argumenta que seriam necessários 80-400 trânsitos em tempo de exposição (ou seja, 80-400 anos!) para detectar o sinal de biomarcador de um análogo da Terra com o E-ELT!

$\sim 150$

Estou achando isso muito difícil de responder, o método de detecção é fundamental para determinar até onde podemos detectar. Existem dois métodos prováveis ​​em que consigo pensar, um superior ao outro. O primeiro método envolve a velocidade da luz e nossa produção de ondas. O segundo envolve como adaptamos nossa atmosfera.

Nossa produção de ondas (rádio) começou no final do século XIX, se usarmos um ponto de referência, digamos 1900; transmitimos por 115 anos, na velocidade da luz uma espécie a mais de 115 anos-luz de distância poderia nos detectar. Daí a idéia do programa SETI, como Rahul sugeriu, com a intenção de transmitir a nós mesmos.

O melhor método, e o que eu posso ver trabalhando para os humanos na busca de outros, é o envenenamento atmosférico. Acredita-se que existem hidrocarbonetos específicos em nossa atmosfera que são produzidos apenas pelo homem; se pensarmos assim, é plausível que também possamos detectar envenenamento atmosférico ao redor de um exoplaneta. Detectar oxigênio simplesmente não é suficiente, pois não é indicativo de que a vida exista, o oxigênio pode ser produzido naturalmente em quantidades limitadas, como encontrado em outras partes do sistema solar; no entanto, para sustentar formas de vida baseadas em carbono, como nós, teria que haver uma grande abundância. Detectar poluentes é a maneira mais lógica de conceber a detecção. Se somos capazes de produzir elementos não encontrados naturalmente, é uma indicação clara de que uma espécie os coloca lá. Isso também depende da velocidade da luz, no entanto, os poluentes produzidos pelo homem existiram na era pré-onda e tiveram mais tempo para transmitir luz do que a nossa produção de ondas. A desvantagem é o método de detecção de poluentes, atualmente como seres humanos nos baseamos no uso de uma estrela com um planeta em trânsito para determinar a composição, ou menos precisamente nos dados do espectro (o que não indica material atmosférico).

Outro ponto de vista é a escala de Kardashev , alguém poderia afirmar que temos a tecnologia para determinar essa resposta com base no consumo de energia. Se pudéssemos detectar um campo gravitacional maciço e nenhuma fonte aparente de energia, a energia pode muito bem ser colhida por outra espécie; como uma esfera de Dyson. Acredito que seria fácil ignorar essa detecção, pois não é algo que nossa espécie esteja procurando ativamente. Embora isso seja mais verdadeiro para uma detecção teórica, outras espécies poderão detectar o consumo de energia em nosso planeta, através da iluminação de nosso planeta e da atmosfera, além do aumento da temperatura da superfície.

Acredito que, na melhor das hipóteses, quanto à interferência humana, podemos estar na faixa de 100 a 150 anos-luz. Quanto à detecção da vida em geral, não consigo imaginar a era pré-moderna se houvesse uma maneira simples de determinar se a vida existia se vista de outro lugar, além do fato de termos um sistema estável contendo água líquida e oxigênio atmosférico.

Podemos confiar demais em fornecer o argumento do nosso ponto de vista como formas de vida baseadas em carbono; se outra espécie avançou ou mais que a nossa não era baseada em carbono, é muito provável que eles estejam procurando outras indicações mais localizadas para sua própria espécie. , da mesma forma, procuramos indicações com as quais imaginamos nos detectar.

EDIT: Conforme solicitado por Rob Jeffries; NÃO, o uso da fotometria de trânsito usando a tecnologia atual de hoje ainda não é possível. Na 1lyTerra, apareceria como 2.776*10^-4″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^12)ou 2.776mas, o que é possível pelo Very Large Telescope do ESO, que possui uma resolução angular capaz de gerar imagens em miliaregundos de segundo. Na 10lyTerra, apareceria como 2.776*10^-5″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^13)ou 277.6μas, possível após a conclusão da matriz do telescópio Cherenkov, que possui uma resolução angular capaz de gerar imagens em microssegundos. Enquanto o Telescope Array Cherenkov, é limitado a 100μasno 400nme não é capaz de imagem 1μas, neste próximo nível é que estamos imaginando a 100ly. A sonda Gaia pode resolver até20μasno entanto, não é capaz de imagem neste nível. O Centro de Pesquisa Ames da NASA está demonstrando habilidades de resolução até 5μasa tentativa de resolver 1μas, mas novamente isso não é resolução de imagem. Para as ondas de rádio, realmente não havia mencionado a lei do quadrado inverso e a degradação das ondas. Para nós, como humanos, sim, alguns anos-luz podem ser possíveis com um reino de possibilidades se abrindo com o Square Kilometer Array .

Se você deseja que eu retraia minha estimativa de estimativa desde a primeira vez, a fotometria de poluição e trânsito é de fato possível usando a tecnologia existente hoje em dia 1ly, a par dos receptores de rádio existentes 1yr. Se você se intimida com o fato de que os novos instrumentos ainda não foram construídos, você pode aumentar bastante esse número 100ly, apenas porque algo não foi construído não torna a tecnologia inexistente (a tecnologia SKA é viável? Sim, temos o tecnologia para que isso aconteça agora, apenas não o fizemos. Isso não torna a tecnologia que não existe).

A Seti Home publicou a descoberta do primeiro planeta do tamanho da Terra detectado em trânsito. Outras publicações da Biblioteca da Universidade de Cornell afirmam que o planeta está dentro da zona habitável e implica na possibilidade de ter uma atmosfera e um H20 líquido em sua superfície. A sonda Kepler detectou esse achado, caso você não saiba, o Kepler mapeia curvas de luz à medida que um corpo transita pela face de outro corpo, isso é chamado de Trânsito . Até sugerir que essa tecnologia ainda não existe é absurdo, se você quer um verdadeiro análogo à Terra como está, com a tecnologia já existente; 1ly, se você deseja usar a tecnologia possível, mas não construída; 100ly.