Aantal planeten met leven voorspellen in onze Melkweg

[SimonArgos]

Beste Forumbezoekers,
 
Ik ben al mijn hele leven gefascineerd in de werking van het heelal en onze plaats in het universum. Meer bepaald ben ik geïnteresseerd naar leven buiten ons zonnestelsel. Door vele boeken en artikels te lezen heb ik eens nagedacht of ik niet eens via een formule kan simuleren hoeveel planeten er in ons Melkwegstelsel leven zouden bevatten (actueel gezien). Daarom ben gekomen tot de volgende formule:
 
L = Ks * Kp * Kg * Kw * Ke
 
Om het resultaat van deze formule correct te interpreteren, omschrijf ik even wat ik bedoel met 'Leven'. Ik bedoel hierbij geen hoogtechnologische beschaving zoals de onze of verder, maar eerder meercellig leven dat maximaal de intelligentie bereikt zoals we terugzien bij dolfijnen, primaten, etc. Ik heb deze engere definitie gebruikt aangezien er één onzekerheid is die ik en ook de wetenschap helemaal niet kan voorspellen: de zelfdestructie van een hoogtechnologische beschaving. Hierbij ook het grootste verschil met de formule van Frans Drake.
 
Mochten er bepaalde hiaten zijn in mijn theorie of zijn er variabelen die ontbreken, mag je me dat steeds laten weten. Op deze manier kunnen we misschien wel komen tot een meer accurate voorspelling.
 
1. Grootte van Ster
 
Als eerste variabele heb ik de grootte van de ster ondergebracht. De schaal loopt van 1 (zeer klein – bijv.: Rode dwerg) tot 10 (zeer groot – Blauwe reus). Uit verschillende studies blijkt, dat hoe kleiner de ster is, hoe langer deze zal blijven bestaan voordat deze opgebrand is. Men is ervan overtuigd dat sterren, kleiner dan onze zon, miljarden jaren langer zullen blijven energie uitstralen dan hun grotere (con)collega’s. Het spreekt voor zich dat deze kleinere (stabielere) sterren een grotere kans geven op leven, aangezien het leven vele miljarden jaren de tijd heeft gehad om te ontwikkelen. Daarom geef ik 1 = 1 kans, 2= 0,9 ... Tot 10 = 0,1.
 
2. Grootte van planeet
 
De grootte van de thuisplaneet van het leven lijkt me ook een zeer belangrijke. Opnieuw heb ik deze variabele een schaal gegeven van 1 tot 10. De kleinste planeten hebben een waarde van 1. Om een idee te geven: dit zijn (dwerg)planeten als Pluto, Mercurius, etc. Deze planeten hebben een te kleine massa om een atmosfeer langdurig vast te houden. Of hun magnetisch veld is te zwak om straling van de zon en andere kosmische stralingen tegen te houden. Hierdoor kan leven gewoonweg de kans niet krijgen om te ontstaan of er vormen slechts eencellige organismen, die maar kort kunnen bestaan. Niettemin bestaat er nog een kleine kans dat er complex leven ontwikkelt, door onder te duiken onder de aardkorst of ijslaag. Daarom geef ik aan de planeetgrootte 1 een kans van 0,2. De grootste planeten zijn dan weer grote gasreuzen zoals Jupiter. Planeten van deze grootorde hebben geen vaste structuur of bevatten een gigantisch sterk magnetisch veld waardoor alle mogelijke levensvorm vernietigd worden. Toch is ook hier leven mogelijk in het bijbehorende manensyteem of eigen wolkendek. Daarom geef ik een planeet grootte 10 een kans van 0,1.
 
Een planeet die een grootte heeft van 5 ligt perfect in het midden, ter vergelijking met onze Aarde. Iets kleiner is een Venus (4), of nog wat kleiner Mars (3). Een 6 is een superaarde zoals we in de media reeds meerdere keren hebben mogen lezen. Het spreekt voor zich dat de kans voor het leven hier het grootst is, dan is 5 = 1. Wanneer men naar de uitersten gaat, wordt het dan kleiner.
 
3. Gouden zone
 
De volgende noodzakelijke variabele is de Gouden Zone. Deze zone is de plaats in het zonnestelsel waar de afstand tot de ster net voldoende groot is om niet te warm te zijn of te koud. Opnieuw heb ik dit gegoten in een schaal van 1 tot 10. Een planeet die zich te dicht bij de moederster bevindt, is veel te heet (honderden tot duizenden graden) en kan gewoonweg geen leven tot stand brengen. Of het andere uiterste aan het spectrum is veel zwevende ijsklomp (zie Pluto). Daarom is de waarde 5, net als bij de grootte van de planeet het meest ideaal (hier kan bijvoorbeeld vloeibaar water aanwezig zijn) 5 = 1. Opnieuw verkleint de kans bij het verspreiden naar beide weerskanten van dit middelpunt.
 
4. Kans op water
 
Wetenschappelijk onderzoek wijst uit dat er minstens water moet aanwezig om leven mogelijk te maken. Het ontstaan van leven uit andere stoffen, exclusief water wordt geopperd, maar daar is men nog helemaal niet zeker van. Daarom zie ik water als een noodzaak voor leven. Opnieuw van schaal 1 (niet aanwezig) tot 10 (overvloedig aanwezig).
 
5. Kans op overleving massasterfte
 
Deze variabele tot slot wordt al moeilijker en heeft wat meer onzekerheid. Als maatstaf heb ik hiervoor onze Aarde genomen. Onze Aarde is 4,5 miljard oud (ongeveer). Tijdens deze tijdspanne zijn er 5 massasterftes geweest, waardoor het ontstaan van meercellig leven ernstig bemoeilijkt werd. De frequentie waarop deze sterftes gebeuren zijn ongeveer om de 900 miljoen jaar. Ofwel is er een 20% kans dat het leven verstoord wordt door een catastrofale gebeurtenis (bijv.: Meteorietinslag, ongewone vulkanische activiteit, supernova-explosie, ijstijd, etc.).
 
Voorspelling
 
Hoe heb ik dit nu toegepast? Ik heb in Excel een randomizer (1 tot 10) losgelaten bij al deze variabelen. Dan heb ik de kansen erbij gezet en vermenigvuldigd. Als selectiecriteria heb ik een betrouwbaarheidsinterval gebruikt van 99% kans op leven. Hierdoor kunnen we er praktisch vanuit gaan dat er leven aanwezig is op de betreffende planneet. Wat uiteraard een zeer strenge criteria is, want als ik de formule loslaat bij de Aarde kom ik op 60%-70% kans op leven. Bij de eerste 10 reeks resultaten of zonnestelsels had ik geen enkel leven bij een kans op 99%. Wat verder bij 100 zonnestelsels ook niet, 1000 nog niet, maar dan kwam het merkwaardige, een 1 kwam te staan bij 10 000 zonnestelsels. En bij 100 000 zonnestelsels kwam ik regelmatig 5-15 planeten uit met 99% zekerheid levensvormen. Verder wou ik niet gaan om mijn computer niet teveel te overbelasten.
 
Hoe zetten we dit nu om naar ons eigen melkwegstelsel? In ons melkwegstelsel zijn er ongeveer 400 miljard sterren. Dit getal heb ik gedeeld door 100 000 en vermenigvuldigd met het resultaat van mijn randomizer. Resultaat? In ons Melkwegstel zijn er tussen de 15 à 50 miljoen planeten met leven. Op basis van 99% betrouwbaarheid.
 
Enkele hiaten die ik nu reeds kan bedenken zijn:
 
·         Ik heb geen rekening gehouden met meerdere sterren in één zonnestel. Men gelooft namelijk dat het er veel eens meer kunnen zijn dan we denken.
·         Manenstelsels bij gasplaneten of grote aardes zijn niet voldoende gedekt.
·         De variëriteit en veerkracht van het leven in strenge omgevingen en na catastrofale gebeurtenissen.
 
 
Wat denken jullie?

[tempelier]

Lijkt me meer iets voor theorie ontwikkeling, maar goed daar ga ik niet over.
 
Of je wat vergeten bent dat is wel zeker.
 
Wat me direct opvalt is dat je kennelijk met L de kans op leven bedoelt.
Maar daarbij op twee gedachten hinkt de ene keer is het de kans dat er leven op een planeet ontstaat de andere keer om het aan te treffen.
 
Ook stel je alles op 1t/m10 zonder motivatie, dat mag natuurlijk niet.
 
=====
 
Gezien de toch nog steeds geringe kennis hoe leven kan ontstaan kunnen er gemakkelijk niet bekende parameters bestaan.
 
Dan nog het leven zelf:
Wat is dat precies eigenlijk?
Zijn boeken over volgeschreven die elkaar lang niet altijd ondersteunen.
(ik heb daar zelf een nogal afwijkende gedacht over, maar dat is niet voor hier)
 
PS.
Je kunt misschien uitgaan van het aantal vrijgezelle sterren in onze Melkweg.
Hoeveel dat er zijn weet ik niet maar Michell Uphoff zal dat waarschijnlijk wel weten.

[megabon]

Er bestaat ook nog een formule rond dit onderwerp.
 
https://nl.wikipedia.org/wiki/Vergelijking_van_Drake

[SimonArgos]

Bedankt alvast voor de reacties!
 
@Tempelier: Heb je een idee welke variabelen ik nog kan toevoegen om deze formule meer sluitend te maken? De schalen heb ik bewust op 10 gezet om deze formule wat meer 'handelbaar' te maken. Hierdoor kan ik de zaken makkelijker categoriseren en kansberekeningen op maken. De waardes van de schaal heb ik zo duidelijk mogelijk proberen aan te geven met voorbeelden, weet je hoe ik dit nog concreter kan maken? Doet de wetenschap dit niet bij het meeste onderzoek om de complexe realiteit beter te begrijpen? Ik weet dat dit teniet doet aan de complexe realiteit, maar het is dan ook een poging tot schatting. Daarnaast dacht ik dat ik duidelijk was omtrent de omschrijving van L. Ik bedoel hiermee het leven dat kan evolueren (dus ontstaan) tot meercellige complexe structuren. Maar geen hoogtechnologische beschaving zoals wij of verder.
 
Daarbij kom ik tot @megabon - Ik ben welbekend met de formule van Drake (zie tweede paragraaf in tekst), deze is daarop (deels) geïnspireerd, maar ik heb de grootste onzekerheid weggelaten, namelijk een mogelijkheid tot ontwikkelen van technologieën waardoor de kans op zelfvernietiging uiteraard sterk stijgt. Daarenboven is deze formule een actuele en dus statische schatting van op DIT moment en heb ik niet de vorming van nieuwe sterren per jaar meegeteld.

[tempelier]

Je kunt natuurlijk het wel zo maken dat de formule handelbaar is.
Maar ik denk dat die keuze vrijheid er niet is.
 
Ook is niet gezegd dat een planeet die in de bewoonbare zone zit daar altijd voldoende lang blijft.
Hier heb je gelijk al een probleem:
 
Zo er al een zone bestaat (en definieerbaar is, anders kun je er niets mee) dan is dat niet perse de zelfde zone als waar leven zich kan handhaven.
Ook hier is zo weing van bekend dat het geven van kansen me totaal onverantwoord lijkt.
 
PS.
Complex betekent samengesteld; dus formeel heeft een tweecellige al een complexe structuur.
(net als een huis met een hondenhok in de tuin.   )

[Michel Uphoff]

Opmerking moderator

Verplaatst naar theorieontwikkeling

[317070]

Doet de wetenschap dit niet bij het meeste onderzoek om de complexe realiteit beter te begrijpen? Ik weet dat dit teniet doet aan de complexe realiteit, maar het is dan ook een poging tot schatting.

De vraag is hoe goed je schatting die nog overblijft dan nog is? Je doet wel erg veel aannames over de kansverdeling. Zo neem je aan dat 20% van de planeten zoals de aarde (zelfde grootte van ster, planeet, in de gouden zone met water) leven heeft, en je neemt aan dat 1 op 10.000 planeten er zo uitziet. (10.000 = 10^4 = 4 kansen van 1 op 10). Waarom het 1 op 10.000 zou zijn, en niet 1 op 10 of 1 op 1.000.000.000.000 is niet duidelijk, en heeft als vanzelfsprekend erg veel invloed op je uiteindelijke cijfer. 

[Michel Uphoff]

Er zijn zoveel parameters waarvan we de importantie niet kennen dat het heel lastig, zo niet onmogelijk, wordt om d.m.v. de vele Drake varianten waarvan deze er een is, iets echt zinnigs te zeggen over de kans op ontstaan van leven elders.
 
Ik noem hieronder ter illustratie wat extra omstandigheden die (on)gunstig kunnen zijn voor leven -zoals wij dat kennen-. Maar welke impact deze omstandigheden hebben is nauwelijks te bepalen, als we al tot een compleet lijstje kunnen komen. Er een bepaalde waarde aan toekennen laat ik bewust achterwege, dat lijkt mij vrijwel ondoenlijk:

• Rode dwergen heb je een hoge score gegeven vanwege de gunstige lange levensduur. Maar planeten moeten zeer dicht bij zo'n ster staan voor een comfortabeler temperatuur. Dat houdt vrijwel onvermijdelijk in dat de planeten in tidal llock zijn, dat is zeer waarschijnlijk ongunstig. Daarnaast is de straling van deze sterren niet erg gelijkmatig, hun sterke magnetische veld veroorzaakt uv en röntgen uitbarstingen die ongunstig zijn voor een planeet zo dichtbij. Daarnaast is de habitable zone van een rode dwerg klein, dus de kans dat zich daarin een planeet bevindt is ook kleiner, dus ongunstig. Naar schatting is 70% van de sterren een rode dwerg.
• Er wordt geschat dat de helft van de sterren in de Melkweg deel uit maakt van een meervoudig systeem, i.h.a. lijkt een meervoudig systeem ongunstig in dit verband vanwege de lagere kans op stabiele planeetbanen.
• Het wordt voor de Aarde als gunstig beschouwd dat er een paar gasreuzen in wijdere banen zijn, omdat die het leeuwendeel van de mogelijk fatale inslagen van ruimtepuin afvangen. Een meervoudig planeetsysteem lijkt dan gunstiger, maar dan wel systemen zonder 'hete Jupiters'.
• Een grote maan stabiliseert de rotatie-as van een planeet, dat wordt i.h.a. als een gunstige factor beschouwd.
• Een magnetisch veld wordt als zeer gunstig beschouwd, maar een te krachtig veld (Jupiter) is minder gunstig. Jouw aanname dat het magnetisch veld schaalt met de massa is slecht onderbouwd. Venus heeft bijvoorbeeld geen intern magnetisch veld. Er spelen meer zaken mee bij de veldsterkte, zoals de rotatiefrequentie wat weer ongunstig uitpakt bij planeten in tidal lock (zoals bij rode dwergen).
• Dan de habitable zone(s). Hier wordt in feite de hoeveelheid instraling per oppervlakte-eenheid berekend. Maar deze temperatuurzone is niet het enige criterium. Venus bevindt zich net buiten de binnenzijde maar is door een dikke atmosfeer en het bijbehorende broeikaseffect extreem heet. De samenstelling en massa van de atmosfeer speelt een grote rol.
  
  Als we in ons zonnestelsel kijken naar de locaties waar er theoretisch een kans op leven zou kunnen zijn (geweest), dan moeten we Mars en de manen Europa en Enceladus noemen, wellicht Titan en wellicht nog een paar manen. Op Mars na bevinden die manen zich zeker niet in de habitable temperatuurzone, en ze voldoen ook niet aan het massa criterium.
• Er is echter nog een andere habitable zone te definiëren; die wordt ondermeer bepaald door afwezigheid van vernietigende hoeveelheden straling. Vanzelfsprekend vallen dan planeten rond een sterk uv of röntgen stralende ster af, maar mogelijk zelfs alle planeten in de binnengebieden van de Melkweg, terwijl ook het aantal supernova's in de buurt en de samenstelling ('metaal' gehalte) van de sterren een rol spelen. Zie hier voor een artikeltje over de galactic habitable zone. Deze zone wordt geacht een ring te zijn die begint aan de buitengebieden van de kern tot ongeveer 60% van de diameter, en bevat mogelijk (veel) minder dan de helft van de sterren.
• Er zijn nog veel meer zaken die een mogelijke invloed op de leefbaarheid hebben, zoals actieve superzware black holes, te dichte clustering van sterren (sterrenhopen), continentale drift, stand rotatie-as..
• Los van bovenstaande blijft er het grote probleem van de weging van deze factoren. Het is vrijwel ondoenlijk daar iets met voldoende zekerheid over te zeggen.

[SimonArgos]

Beste Michel, alvast hartelijk bedankt voor uw uitgebreide uiteenzetting! Het is me nu wel duidelijk dat het vrijwel onmogelijk en gewoon onzinnig is om hieromtrent een getal op te kleven. Niettemin ben ik buitengewoon geïnteresseerd in het thema en heb ik weer wat bijgeleerd. Bovendien heb ik me wel geamuseerd met het uitdenken met deze theorie. Maar het blijft uiteraard een hersenspinsel. Hopelijk heb ik de debatten hieromtrent toch wat kunnen openen. Voorts heb ik niet veel meer toe te voegen.

[Bladerunner]

SimonArgos:
"Wetenschappelijk onderzoek wijst uit dat er minstens water moet aanwezig om leven mogelijk te maken. Het ontstaan van leven uit andere stoffen, exclusief water wordt geopperd, maar daar is men nog helemaal niet zeker van"
 
Men slaat wel eens aan het fantaseren over leven dat gebaseerd is op andere elementen dan koolwaterstof verbindingen. Maar als je dat doet, dan zijn de kansen op dat soort leven drastisch kleiner.
Dat komt omdat je dan op elementen terecht komt die minder vaak in het heelal voorkomen.
Ook krijg je dan elementen die minder verbindingen aangaan.
 
Koolstof b.v. kent verreweg de meeste verbindingen en levert dus een grotere diversiteit op. En aangezien waterstof en zuurstof die te samen water kunnen vormen vaker voor komen en zuurstof snel reageert is het logisch om water als een belangrijke voorwaarde te zien te samen met andere koolwaterstof verbindingen zoals methaan.