¿A qué distancia podríamos detectar que la Tierra tiene vida?

Había pospuesto la respuesta a esta pregunta porque parece demasiado amplia sin especificar qué tipo de métodos de detección se proponen. Pero si respondes 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 sea no.

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

1. Todavía no se han detectado planetas como la Tierra alrededor de otra estrella. Es decir, ninguno que tenga una masa, un radio y una órbita similares a 1 au (o cerca de él) de una estrella de tipo solar [EDITAR: por supuesto, ahora hay un competidor cercano en Kepler-452b, aunque es 60 % más grande que la Tierra; Jenkins et al. 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 en los que 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 cuyas composiciones atmosféricas se han medido (crudamente y tentativamente) son los "Júpiter calientes". - exoplanetas gigantes que orbitan muy cerca de sus estrellas madre.

2. Una búsqueda "a ciegas" podría buscar firmas de radio y, por supuesto, esto es lo que SETI ha estado haciendo. Si estamos hablando de detectar la "Tierra", entonces debemos asumir que no estamos hablando de intentos de comunicación deliberados y, por lo tanto, debemos confiar en la detección de "charla" de radio aleatoria 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 a 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 los sondeos, incluso si la señal se originara en la estrella más cercana ". Citando a Tarter (2001) : "En los niveles actuales de sensibilidad, las búsquedas de microondas dirigidas podrían detectar la potencia equivalente de fuertes transmisores de TV a una distancia de 1 año luz (dentro del cual no hay otras estrellas)... ". El equívoco en estas declaraciones se debe al hecho de que emitimos señales más fuertes en ciertas direcciones bien definidas, por ejemplo, para realizar metrología en el sistema solar usando un radar. Se ha calculado que tales señales son observables a lo largo de mil años luz o más. Pero estas señales son breves, emitidas en un ángulo extremadamente estrecho y es poco probable que se repita. Tendría que tener mucha suerte de estar observando en la dirección correcta en el momento correcto si estuviera realizando búsquedas dirigidas.

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 a 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 , que se lanzará 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 (quizás en 2024) con el lanzamiento de Plato, una misión de seis años que nuevamente estudia las estrellas más brillantes. Sin embargo, entonces se requiere un gran salto adelante para realizar estudios de las atmósferas de estos planetas. La formación de imágenes directas y la espectroscopia probablemente requerirían interferómetros de anulación transportados por el espacio; Las observaciones indirectas de efectos de fase y espectroscopia de transmisión a través de la atmósfera de un exoplaneta no requieren una gran resolución angular, solo una gran precisión y un área de recolección. La espectroscopia de algo del tamaño de la Tierra alrededor de una estrella normal probablemente requerirá un sucesor más grande del Telescopio Espacial James Webb ( JWST - lanzamiento en 2018), o incluso más área de recolección de la que proporcionará el E-ELT en la próxima década. Por ejemplo Snellen (2013)argumenta que se necesitarían 80-400 tránsitos de tiempo de exposición (¡es decir, 80-400 años!) para detectar la señal del biomarcador de un análogo de la Tierra con el E-ELT.

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

Depende de lo que entiendas por detectar vida. Como se explica en esta publicación hipotética de Randall Munroe , las algas en la tierra les hablarán a los extraterrestres sobre nosotros antes de que podamos hablarles sobre nosotros.

Si considera la presencia de agua líquida o la presencia de$O_2$como detectar vida, entonces dicha detección se puede hacer estudiando el espectro de planetas extrasolares, mediciones que podemos hacer actualmente. El planeta extrasolar más lejano descubierto hasta el momento se encuentra a una distancia de 27.700 años luz . Entonces, una respuesta parcial a sus preguntas sería estudiar el espectro de cada planeta extrasolar que se encuentra dentro de la zona habitable circunestelar para buscar señales reveladoras de vida. Actualmente tenemos 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 , pero no sé si SETI tiene esa capacidad. También puede consultar el trabajo de la Dra. Sara Seager .

Estoy encontrando esto muy difícil de responder, el método de detección es crítico en cuanto a qué tan lejos 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 ondas. 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; llevamos 115 años transmitiendo, a la velocidad de la luz una especie a no más de 115 años luz podría detectarnos. De ahí la idea del programa SETI como ha sugerido Rahul, con la intención de emitirnos a nosotros mismos.

El mejor método, y el que puedo ver 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 plausible que también podamos detectar envenenamiento atmosférico alrededor de un exoplaneta. Detectar 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 sostener formas de vida basadas en el 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 depende de la velocidad de la luz, sin embargo, los contaminantes creados por el hombre han existido en la era anterior a las olas y han tenido más tiempo para transmitir la luz que nuestra producción de olas. La desventaja es el método de detección de los 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 , se podría decir 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 bien podría ser cosechada por otra especie; como una esfera 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 cuanto a la interferencia humana, podemos estar buscando en el rango de 100-150 años luz. En cuanto a la detección de vida en general, no puedo imaginar la era premoderna si hubiera una manera simple de determinar que existió vida si se ve desde otro lugar, aparte del hecho de que teníamos un sistema estable que contenía agua líquida y oxígeno atmosférico.

Es posible que confiemos demasiado en 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, es muy posible que estén buscando otras indicaciones más localizadas en su propia especie. , del mismo modo buscamos indicios con los 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 1lyla Tierra aparecería como 2.776*10^-4″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^12)o 2.776mas, lo cual es posible gracias al Very Large Telescope de ESO, que tiene una resolución angular capaz de generar imágenes en milisegundos de arco. En 10lyla Tierra aparecería como 2.776*10^-5″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^13)o 277.6μas, posible después de la finalización de la matriz de telescopios Cherenkov , que tiene una resolución angular capaz de generar imágenes en microsegundos de arco. Si bien la matriz de telescopios Cherenkov está limitada a 100μasy 400nmno puede generar imágenes 1μas, en este siguiente nivel es en el que estamos generando imágenes 100ly. La nave espacial Gaia puede resolver hasta20μassin embargo, no es capaz de generar imágenes a este nivel. El Centro de Investigación Ames de la NASA está demostrando capacidades de resolución hasta 5μasel intento de resolver hasta 1μas, pero nuevamente, eso no es resolución de imágenes. Para las ondas de radio, en verdad no había mencionado la ley del inverso del cuadrado y la degradación de la onda. Para nosotros como humanos, sí, unos pocos años luz pueden ser posibles con un reino de posibilidades que se abre con Square Kilometre Array .

Si quiere que me retracte de mi estimación de la primera vez, la fotometría de la contaminación y el tránsito son de hecho posibles utilizando la tecnología actual existente dentro 1lyde , a la par de los receptores de radio existentes dentro de 1yr. Si disuade del hecho de que los nuevos instrumentos aún no están construidos, puede aumentar enormemente esto hasta 100ly, el hecho de que algo no esté construido no hace que la tecnología no exista (¿Es factible la tecnología SKA? Sí, tenemos la tecnología para hacer que suceda ahora mismo, simplemente no lo hemos hecho. Eso no significa que sea tecnología que no existe).

Seti Home ha publicado el hallazgo del primer planeta del tamaño de la Tierra detectado en tránsito. Otra publicación de la Biblioteca de la Universidad de Cornell afirma que el planeta está dentro de la zona habitable e implica que está dentro de la posibilidad de tener una atmósfera y H20 líquido en su superficie. La nave espacial Kepler detectó este hallazgo, en caso de que no lo sepas, Kepler mapea 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 absurdo, si desea un verdadero análogo a la Tierra tal como es, con tecnología que ya existe; 1ly, si desea utilizar la tecnología posible pero no construida; 100ly.