Siamo soli nella nostra Galassia? Alla scoperta dell’equazione di Drake

Una delle domande più grandi della storia dell’umanità è da sempre se siamo soli nell’universo. Sono sicuro che, scrutando nell’immensità delle stelle, se lo sia chiesto chiunque almeno una volta. Ma vi siete invece mai chiesti quante civiltà intelligenti ci sono nell’universo? In quest’articolo sorprendentemente scopriremo come rispondere al quesito.

Fino a quando non scopriremo effettivamente una civiltà aliena, possiamo solo fare congetture sulla probabilità della loro esistenza. È qui che entra in gioco la famosa equazione di Drake, che prende il nome dall’astronomo Dr. Frank Drake. Sviluppata negli anni ’60, questa equazione stima il numero di possibili civiltà intelligenti e comunicanti che attualmente esistono nella Via Lattea.

L’equazione è:

Dove i singoli termini sono:

• N = numero di civiltà nella Via Lattea che sono in grado di produrre segnali che possiamo rilevare sulla Terra
• R* = la velocità con cui le stelle sono in grado di supportare la forma di vita nella nostra galassia
• f_p = la frazione di quelle stelle che hanno uno o più pianeti
• n_e = il numero medio di pianeti per sistema planetario che hanno un ambiente in grado di supportare la vita
• f_l = la frazione di quei pianeti che possono supportare la vita su cui la vita si sviluppa effettivamente
• f_i = la frazione di quei pianeti con vita in cui si sviluppa la vita intelligente
• f_c = la frazione di quelle civiltà intelligenti che sviluppano la tecnologia per la comunicazione
• L = la vita media di quelle civiltà che sviluppano la tecnologia per la comunicazione

Per dare un significato a quest’equazione, vediamo di dare un valore a ciascuno dei termini.

R – Il tasso di formazione delle stelle adatte nella Via Lattea

Le stime per il numero di stelle nella Via Lattea variano da un minimo di 100 miliardi a un massimo di 400 miliardi. Anche le stime dell’età della Via Lattea variano da un minimo di 800 milioni di anni a un massimo di 13 miliardi di anni. In base ai dati considerati il tasso medio di formazione stellare varia da 7,7 nuove stelle all’anno a 500.

Un avvertimento importante per i valori di cui sopra, è che il tasso di formazione stellare nella galassia non è costante nel tempo. Nei giorni più giovani della galassia, le stelle si formavano a un ritmo molto più alto. Oggi, le stime per questo valore complessivo vanno è di 3± 0,65  nuove stelle.

Un altro avvertimento è che, non tutte le stelle hanno le stesse caratteristiche. Ad esempio, le stelle molto massicce non sono considerate adatte. Alcune versioni dell’equazione di Drake aggiungono un secondo termine per stimare la frazione di queste stelle che sono come il nostro Sole. Una stella adatta dovrebbe avere una vita ragionevolmente lunga (circa 10 miliardi di anni) e dovrebbe produrre la giusta quantità di energia per riscaldare sufficientemente i pianeti ma non trasformali in toast. Si stima che il tasso di formazione di stelle di dimensioni solari sia dell’ordine di 1 all’anno.

f_p – La frazione di stelle con i pianeti

All’epoca in cui fu creata l’equazione di Drake, gli unici pianeti conosciuti erano quelli del nostro sistema solare. Da quel momento sono stati scoperti circa 200 pianeti extrasolari.

Al tempo, si pensava che i pianeti si sarebbero trovati solo in sistemi a stella singola. Si credeva che le interruzioni gravitazionali in più sistemi stellari avrebbero impedito la formazione dei pianeti. Adesso è stato dimostrato teoricamente che questi sistemi stellari multipli possono avere pianeti.

Quindi quale frazione di stelle ha pianeti? Le stime vanno da un minimo del 5% a un massimo del 90%. Se usi un valore di 0,1 stai dicendo che credi che 1 stella su 10 avrà pianeti. In alternativa, se usi un valore di 1.0 stai dicendo che ogni singola stella avrà pianeti.

n_e – Il numero medio di pianeti abitabili per stella

Nella sua equazione originale, Drake ha ottimisticamente assegnato un valore di 2 a questo parametro, il che significa che ci sono in media due pianeti simili alla Terra per stella. I fattori che devono essere considerati per attribuire un valore per questo parametro sono la composizione chimica della nebulosa solare da cui sono derivati i pianeti (la presenza di quantità sufficienti degli elementi necessari) e l’idea della zona abitabile di una stella (la gamma di distanze orbitali entro le quali può esistere acqua liquida).

Un’altra cosa da considerare è se la vita richiede necessariamente un pianeta simile alla Terra. Anche se è difficile per noi immaginare una vita che non richieda acqua liquida, la nostra idea di abitabile potrebbe essere comunque troppo restrittiva.

Scegliere un valore di 1.0 per questo parametro significa pensare che ogni stella con pianeti avrà un pianeta abitabile. Un valore di 0,5 significa che ci sarà un pianeta abitabile ogni due stelle con pianeti e così via.

f_l – La frazione di pianeti abitabili in cui emerge la vita

Questo parametro è un jolly, in quanto abbiamo solo un esempio di vita. È difficile per noi dire quanto sia facile o difficile iniziare la vita in condizioni ambientali adeguate. Dei punti interessanti da considerare sono questi:

• la Terra ha circa 4,5 miliardi di anni;
• il periodo di formazione dei pianeti del sistema solare si è concluso circa 3,8 miliardi di anni fa;
• si stima che i depositi sedimentari più antichi conosciuti, abbiano un’età compresa tra 3,5 e 3,8 miliardi di anni;
• la prima testimonianza fossile di vita conosciuta sono cianobatteri, trovati in questi depositi.

L’implicazione di ciò è che la vita è iniziata piuttosto rapidamente sulla Terra. La grande incognita è quanto siano comuni le condizioni che hanno portato alla vita. Questo è uno dei motivi per cui la ricerca di prove della vita passata su Marte è così importante. Trovare o non trovare prove della vita passata e/o presente su Marte ci aiuterà a rispondere meglio a questa domanda.

Scegliere un valore di 0,01 per questo parametro significa pensare che la vita si sviluppa solo su 1 su 100 pianeti abitabili, mentre un valore di 1,0 significa che la vita si sviluppa su ogni pianeta abitabile.

f_i – La frazione di pianeti con vita in cui si evolve una forma di vita intelligente

Dato che la vita si evolve su un pianeta, quanto è probabile che appaia una vita intelligente? Di tutte le specie esistite sulla Terra, solo una ha sviluppato l’intelligenza necessaria per sviluppare la tecnologia.

Dato che non esiste un parametro per distinguere la vita microscopica (che manca di complessità per sviluppare l’intelligenza) dallo sviluppo della vita macroscopica complessa, questo aspetto dev’essere considerato nella valutazione di questo parametro.

Mentre Drake credeva che la vita si sarebbe sviluppata su ogni pianeta con condizioni abitabili, ha stimato che la vita intelligente sarebbe emersa solo su 1 su 100 di questi pianeti.

Scegliere un valore di 0,001 per questo parametro significa pensare che la vita intelligente apparirà solo su 1 su 1000 pianeti con vita. Un valore di 1.0 significa che lo sviluppo della vita intelligente è una certezza su quei pianeti in cui si sviluppa la vita.

f_c – La frazione di civiltà intelligenti con comunicazione interstellare

E se gli alieni non avessero l’equivalente di un Maxwell o di un Marconi o di un Edison? Possono essere abbastanza intelligenti da costruire città e mezzi di trasporto, ma inventeranno mai la radio? Drake era dell’opinione che 1 civiltà su 100 ci sarebbe riuscita.

Un valore di 1.0 significa che ogni civiltà sviluppa la radio e un valore di 0.001 significa che solo una civiltà su mille riesce nel compito.

L – Il numero di anni in cui una civiltà intelligente rimane rilevabile

Il parametro L trasforma l’equazione da un tasso in un numero. È anche un valore senza una base reale. Siamo l’unica civiltà intelligente che conosciamo e non sappiamo per quanto tempo rimarremo rilevabili. Una stima prudente per questo valore sarebbe di 50 anni sulla base della nostra esperienza fino ad oggi. Drake pensava che 10.000 anni fossero una buona ipotesi.

Una mia personale interpretazione dell’equazione

Di seguito vi è una spiegazione per i valori che ho usato.

R = 2 che è il doppio del tasso di formazione stimato di stelle simili al Sole.

f_p = 0,45 che è la metà della stima più alta del 90% di queste stelle che hanno pianeti.

n_e = 0,5 perché non credo che ogni stella che ha pianeti avrà pianeti abitabili. Ricorda che Drake ha assegnato un numero di 2 per questo parametro. La mia stima ottimistica è che per ogni due stelle con pianeti, ci sarà un pianeta abitabile.

f_l = 0,033 senza basi solide, ho deciso che la vita emergerà solo su 1 su 30 pianeti abitabili.

f_i = 0,015 ancora una volta ipotizzando che la vita intelligente si svilupperà solo su 3 pianeti su 100 con la vita.

f_c = 0,5 perché sono ottimista sul fatto che se esiste una vita intelligente, c’è almeno una probabilità del 50-50 che sviluppino la tecnologia necessaria per la comunicazione interstellare.

L =10000 perché sono ottimista come Frank Drake sul numero di anni per i quali una civiltà intelligente trasmetterà la sua presenza tramite trasmissioni radio.

Sono rimasto molto sorpreso di vedere che la combinazione di valori che ho usato ha prodotto un risultato di 1.11 civiltà che attualmente trasmettono. Questo ci rende l’UNO. Ma basta poco per aumentare o diminuire questo valore.

Adesso prova tu!

Alla PBS, hanno un calcolatore di equazioni di Drake  in cui puoi inserire i valori per determinare quante civiltà possono essere trovate nella Via Lattea, secondo una propria valutazione.

Conclusione

L’equazione di Drake deve essere una delle equazioni più SWAG (Scientific Wild-Ass Guess) mai create a causa dell’incertezza associata ai suoi parametri. Svolge anche il compito di fornire una struttura al dibattito in corso sulla ricerca di intelligenza extraterrestre e sulla probabilità della sua esistenza. Il grande grado di incertezza associato a tanti dei suoi parametri ci dice una cosa importante: che abbiamo molto da imparare.

Se fossimo soli l’immensità sarebbe davvero uno spreco

Gabriele Galletta