Η αναζήτηση και η μελέτη των εξωπλανητών προσδοκεί να απαντήσει ένα από τα κύρια προαιώνια υπαρξιακά μας ερωτήματα: αν είμαστε μόνοι στο Σύμπαν. Η παρούσα Διπλωματική εργασία προσπαθεί να αξιολογήσει τη δυνατότητα ύπαρξης εξωγήινης ζωής ιδιαίτερα μετά από τις προοπτικές που ανοίγονται από την αποστολή Kepler.
Στην εργασία γίνεται μια θεωρητική μελέτη του τι είναι ζωή, ποιες οι θεμελιώδεις απαιτήσεις της και πως αυτή εμφανίστηκε και εξελίχθηκε στη Γη. Μελετάται πως προάγεται η κατοικησιμότητα συναρτήσει των πλανητικών συνθηκών, των αστρικών παραμέτρων και των διαδικασιών πλανητικής δημιουργίας. Συγκρίνονται οι μέθοδοι ανίχνευσης εξωπλανητών και αξιολογείται η αποδοτικότητά τους. Αναλύονται στατιστικά τα χαρακτηριστικά των εξωπλανητών και των συστημάτων που αυτά ανήκουν και μελετώνται εκτενώς οι αντίστοιχες έρευνες. Τέλος, γίνεται προσπάθεια εκτίμησης της ύπαρξης ζωής και ιδιαίτερα νοήμονας ζωής στον Γαλαξία.
Με βάση τα παραπάνω επιχειρείται να προβλεφθούν οι μορφές της εξωγήινης ζωής, η ευκολία εμφάνισής της και τα πιθανά ενδιαιτήματα της. Επιπλέον, γίνεται προσπάθεια αποσαφήνισης των συχνοτήτων εμφάνισης των διαφόρων ειδών πλανητών αλλά και του υγρού νερού στην επιφάνεια τους. Τέλος συζητείται αν μπορεί να εκτιμηθεί το πλήθος των εξωγήινων πολιτισμών και το τι θα σήμαινε η εμφάνισή τους στον Γαλαξία μας.
Συμπεραίνουμε ότι το τρίπτυχο της ζωής είναι άνθρακας – υγρό νερό – ακτινοβολία άστρου με τα απλά προβιοτικά μόρια να είναι κοινά στο Σύμπαν. Κρίνοντας επιπλέον από το παράδειγμα της Γης, πιστεύουμε ότι η ζωή γεννιέται εύκολα και γρήγορα (σε κλίμακα γεωλογικού χρόνου) στους κατάλληλους πλανήτες. Η φυσική επιλογή κατόπιν οφείλει να δρα σε κάθε εξωγήινη ζωή ανεξαρτήτως γενετικού υλικού. Με βάση την εξελικτική πορεία στη Γη αναμένουμε ότι οι εξωγήινες πολύπλοκες οντότητες θα αποτελούνται από μικρότερες οντότητες σε μια εμφωλευμένη ιεραρχία ατομικοτήτων με τόσο επίπεδα όσες οι κύριες γενετικές μεταβάσεις, χωρίς όμως τίποτα να συνηγορεί στο ότι η νοημοσύνη είναι εξελικτικά αναπόφευκτη.
Οι πιθανότητες εμφάνισης ζωής αυξάνονται σε στέρεους πλανήτες που εμφανίζουν επιφανειακό νερό, εσωτερική θερμότητα, μαγνητικό πεδίο, κίνηση τεκτονικών πλακών αλλά και έναν εκτενή κύκλο του άνθρακα. Τέτοιες συνθήκες εμφανίζονται μέσα στις κατοικήσιμες ζώνες άστρων κυρίως τύπου F, G και K. Αίνιγμα αποτελεί η καταλληλότητα των πλανητών στις κατοικήσιμες ζώνες των κόκκινων νάνων. Η ετυμηγορία είναι κρίσιμη για το πόσο διαδεδομένη είναι η ζωή στο Σύμπαν αφού αυτοί οι εξαιρετικά μακρόβιοι νάνοι αποτελούν τη συντριπτική πλειοψηφία των άστρων.
Οι πιο αποδοτικές μέθοδοι ανίχνευσης πλανητών επί του παρόντος είναι αυτές της διάβασης και της ακτινικής ταχύτητας. Η αποστολή Kepler αποτελεί το πιο επιτυχημένο πρόγραμμα με 2705 επιβεβαιωμένους εξωπλανήτες (εκ των 4000 συνολικά). Από την ανακάλυψη εξωπλανητών φαίνεται ότι οι στέρεοι πλανήτες κοντά στα άστρα τους είναι συνηθισμένοι και ότι το νερό είναι κοινό συστατικό τους. Ένα στα τρία άστρα σαν τον Ήλιο στον Γαλαξία φιλοξενεί πλανήτη στο μέγεθος της Γης ή λίγο παραπάνω, με το αντίστοιχο ποσοστό στους κόκκινους νάνους να είναι ακόμα υψηλότερο. Σχεδόν κάθε άστρο φιλοξενεί έναν ή περισσότερους πλανήτες, ενώ ο αριθμός των στέρεων πλανητών μέσα στην κατοικήσιμη ζώνη είναι τουλάχιστον 40 δισεκατομμύρια.
Με τα μέχρι τώρα δεδομένα, φαίνεται ότι η μικροβιακή ζωή πρέπει να είναι παντού διαδεδομένη, με την πολύπλοκη ζωή προφανώς πιο σπάνια. Με όλες αυτές τις προοπτικές είναι δύσκολο να δικαιολογήσουμε πως ο πρώτος προηγμένος πολιτισμός δεν έχει αποικήσει ολόκληρο τον Γαλαξία προτού καν κάποιος ανταγωνιστής πολιτισμός εξελιχθεί. Η νοημοσύνη φαίνεται να είναι ακραία σπάνια και οι εξωγήινοι πολιτισμοί ελάχιστοι στον Γαλαξία.
The quest of exoplanets hopes to answer one of our main long-standing existential questions: are we alone in the Universe? The present dissertation attempts to survey the possibility of extraterrestrial life existence, primarily after the perspectives derived by the Kepler mission.
The dissertation makes a theoretical review of what is life, which are its fundamental requirements and how it appeared and evolved on Earth. It studies how the habitability is promoted in relation with planetary conditions, stellar parameters and planetary formation procedures. It compares the methods of detecting exoplanets and rates their efficiency. It statistically analyzes the characteristics of exoplanets and of the systems they belong and it studies thoroughly the corresponding surveys. Finally, it attempts to estimate the existence of life and especially of intelligent life in our Galaxy.
Based on the above, it attempts to forecast the forms of extraterrestrial life, the ease of its appearance and its possible habitats. Moreover, it tries to clarify the occurrence rates of several kinds of exoplanets and even of the liquid water on their surface. Finally, it discusses the perspective of estimating the number of extraterrestrial civilizations and what their hypothetical existence would mean for the whole Galaxy.
We conclude that the basic required combination for life is carbon, liquid water and stellar irradiation with the simple prοbiotic molecules to be common in the Universe. Judging further from Earth’s example, we believe that the birth of life is straightforward and quick (in terms of geological time) on the appropriate planets. Afterwards, natural selection is obliged to act on every extraterrestrial life form independently from its genetic material. Based on the evolutionary route on Earth, we anticipate that the extraterrestrial complex beings would be comprised by smaller beings in a nested hierarchy, vestiges of former individuals, with so many levels as the main genetic transitions. Nothing though advocates in the inevitability of intelligence in evolutionary terms.
The likelihood of life appearance rises on rocky planets with surficial liquid water, interior heat, magnetic field, plate tectonics and a global carbon cycle. Such conditions are revealed inside the habitable zones of mainly type F, G and K stars. The appropriateness of red dwarfs as a host of life in their habitable zones is still a mystery. The verdict is crucial for how much common is the life in the Universe since these extremely long-living dwarfs comprise the vast majority of the stars.
The most efficient methods of detecting exoplanets at the moment are those of transit photometry and radial velocity. Kepler mission constitutes the most successful detection program with 2705 confirmed exoplanets (out of 4000 in total). From the exoplanet detections it seems that the rocky ones in vicinity of their stars are common and the liquid water is a prevailing component of those. One out of three Sun-like stars in Galaxy harbors a planet in the size of Earth or a little bigger, with the corresponding percentage in red dwarfs to be even higher. Almost every star possesses one or more planets, while the number of terrestrial planets inside the habitable zone is at least 40 billion.
With these data, it seems that the microbial life must prevail everywhere, with the complex life to be presumably more infrequent. With all these perspectives, it is difficult to justify how the first advanced civilization hasn’t colonized the whole Galaxy even before the evolution of a rival one. Intelligence eventually seems to be extremely seldom and the extraterrestrial civilization to be scarce.
Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Main Files
Η προοπτική εύρεσης εξωγήινης ζωής μετά τα αποτελέσματα της αποστολής Kepler Description: 112739_ΔΑΝΙΗΛΑΣ_ΣΤΑΜΑΤΙΟΣ.pdf (pdf)
Book Reader Info: Κυρίως σώμα διπλωματικής Size: 11.4 MB
Η προοπτική εύρεσης εξωγήινης ζωής μετά τα αποτελέσματα της αποστολής Kepler - Identifier: 6387
Internal display of the 6387 entity interconnections (Node labels correspond to identifiers)
Η προοπτική εύρεσης εξωγήινης ζωής μετά τα αποτελέσματα της αποστολής Kepler