Equation de Drake

L’équation de Drake est une célèbre proposition mathématique concernant les sciences telles que l’exobiologie, la futurobiologie, l’astrosociologie, ainsi que le projet SETI (search for extraterrestrial intelligence).

Cette équation a été suggérée par Frank Drake en 1961 afin de tenter d’estimer le nombre potentiel de civilisations extraterrestres dans notre Galaxie avec qui nous pourrions entrer en contact. Le principal objet de cette équation pour les scientifiques est de déterminer ses facteurs, afin de connaître le nombre probable de ces civilisations.

Cette équation est souvent mise en balance avec le Paradoxe de Fermi qui avec des méthodes différentes formule une conclusion diamétralement opposée à celle de Drake.

Franck Drake

L’équation de Drake

N = R* x fp x ne x fl x fi x fc x L

N est le nombre de civilisations extraterrestres dans notre galaxie avec lesquelles nous pourrions entrer en contact,

et :

R* est le nombre d’étoiles en formation par an dans notre galaxie,

fp est la fraction de ces étoiles possédant des planètes,

ne est le nombre moyen de planètes par étoile potentiellement propices à la vie,

fl est la fraction de ces planètes sur lesquelles la vie apparaît effectivement,

fi est la fraction de ces planètes sur lesquelles apparaît une vie intelligente,

fc est la fraction de ces planètes capables et désireuses de communiquer,

L est la durée de vie moyenne d’une civilisation.

Estimation historique des paramètres de l’équation de Drake

Les scientifiques de nos jours ont de considérables désaccords sur les valeurs possibles de ces paramètres. Les valeurs utilisées par Drake et ses collègues en 1961 sont :

R* = 10/an
fp = 0,5
ne = 2
fl = 1
fi = fc = 0,01
L = 10 années

La valeur de R* est la moins discutée. fp est plus incertaine, mais est plus constante que les autres valeurs. On croyait que ne était plus importante, mais la découverte de nombreuses géantes gazeuses avec des orbites près de leur étoile sème le doute sur les planètes qui peuvent supporter la vie aussi proche de leur étoile. D’autres rétorquent cependant que l’échantillon d’exoplanètes découvertes jusqu’à présent n’est absolument pas représentatif (il est normal que l’on commence par détecter les objets les plus gros) et que les exoplanètes telluriques restent à découvrir.

De plus, la plupart des étoiles de notre galaxie sont des naines rouges, qui possèdent un faible rayonnement ultraviolet, qui a contribué à l’évolution de la vie sur Terre. À la place, elle possède un violent rayonnement, principalement en rayon X, une propriété non favorable à la vie telle que nous la connaissons (des simulations suggèrent également que ce rayonnement érode les atmosphères des planètes). La possibilité de vie sur des satellites de planète géante gazeuse (par exemple le satellite de Jupiter Europe) renforce de manière incertaine ce cas de figure.

En regardant l’humanité sur Terre, il est évident que fl semble élevé, la vie sur Terre semble avoir commencé presque immédiatement après que les conditions l’ont rendue possible, suggérant que l’abiogenèse est relativement « facile » une fois que les conditions sont favorables. Par ailleurs, on découvre sur Terre de plus en plus d’organismes vivants dit extrémophiles parvenant à survivre dans des conditions extrêmes (fond marins, calderas, environnement soufrés… ) Ce facteur n’en reste pas moins très discutable.

Une donnée qui aurait un impact majeur sur ce dernier serait la présence controversée de vie (primitive) sur Mars. La vérification du développement de la vie sur Mars, indépendamment de celle sur Terre, plaiderait en faveur d’une valeur élevée pour ce facteur.

fi, fc et L sont évidemment plus petits que supposé. fi a été modifié depuis la découverte du fait que l’orbite du système solaire dans la galaxie soit circulaire, avec une distance telle qui reste en dehors du bras de la galaxie pendant des centaines de millions d’années (évitant les radiations des novas). Aussi, les satellites rares comme la Lune semblent contribuer à la conservation de l’hydrogène en brisant la croûte terrestre, provoquant une magnétosphère, par vagues de chaleur et de mouvements, et stabilisant l’axe de rotation de la planète. De plus, puisqu’il semble que la vie se développe juste après la formation de la Terre, l’explosion cambrienne dans laquelle une large variété de formes de vie multicellulaires se transforma en êtres, apparaît un temps considérable après la formation de la Terre, ce qui suggère la possibilité que des conditions spéciales sont nécessaires pour que cela arrive. Des scénarios comme la Terre boule de neige ou la recherche dans les évènements d’extinction ont suggéré la possibilité que la vie sur Terre soit relativement fragile. Une fois encore, la controverse sur le fait que la vie prit forme sur Mars, mais cessa d’exister, affecterait les estimations de ces facteurs.

Le célèbre astronome Carl Sagan spécula que les valeurs de tous les facteurs, hormis celle de la durée de vie d’une civilisation, doivent être relativement élevées, et le facteur déterminant est de savoir si une civilisation possède ou non la capacité technologique d’éviter une auto-destruction. Dans le cas de Sagan, l’équation de Drake a été une motivation forte pour son intérêt dans les problèmes environnementaux et son effort pour nous avertir des dangers des armes nucléaires.

(On notera, qu’à partir de l’année 2001, nous pouvons attribuer la valeur 50 à L avec le même degré de confiance que Drake usa en 1961 en lui donnant la valeur 10).

La chose remarquable à propos de l’équation de Drake est que, en mettant des valeurs plausibles pour chaque paramètre, on obtient généralement une valeur de N >> 1. Ce résultat a été une source de grandes motivations pour le projet SETI. Cependant, ceci est en conflit avec la valeur observée de N << 1, soit une seule humanité dans tout l'univers, la nôtre.

Ce conflit est aussi formulé dans le paradoxe de Fermi, celui-ci ayant été le premier à suggérer que notre compréhension de ce qu’est une valeur « conservative » pour quelques paramètres peut être excessivement optimiste, ou que quelques autres facteurs peuvent intervenir en ce qui concerne la destruction d’une vie intelligente.

D’autres hypothèses donnent des valeurs de N inférieures à 1, mais quelques observateurs croient que c’est encore compatible avec les observations dues au principe anthropique : peu importe combien est basse, la probabilité qu’une galaxie donnée ait une vie intelligente, la galaxie dans laquelle nous nous trouvons doit avoir au moins une espèce intelligente par définition. Il pourrait y avoir des centaines de galaxies dans notre amas sans aucune vie intelligente, mais évidemment nous ne sommes pas dans ces galaxies pour observer ce fait.

Quelques exemples de calculs de l’équation de Drake

Avec les paramètres de Drake :

R* = 10/an, fp = 0,5, ne = 2, fl = 1, fi = fc = 0,01, et L = 50 années
N = 10 * 0,5 * 2 * 1 * 0,01 * 0,01 * 50 = 0,05

Nous pouvons donner des résultats plus optimistes, en considérant que 10% des civilisations deviennent capables de communiquer, et qu’elles étendent leur longévité jusqu’à 100 000 années, en considérant la vie de leur système planétaire (ce qui est très court à l’échelle géologique) :

R* = 20/an, fp = 0,1, ne = 0,5, fl = 1, fi = 0,5, fc = 0,1, et L = 100 000 années
N = 20 * 0,1 * 0,5 * 1 * 0,5 * 0,1 * 100 000 = 5000

Estimation courantes des paramètres de l’équation

Cette section tente de lister les meilleures estimations à l’époque actuelle (2004) pour les paramètres de l’équation de Drake, ils sont susceptibles de changer si de meilleurs résultats sont trouvés.

R* est le nombre d’étoiles en formation par an dans notre galaxie
estimé par Drake à 10/an

fp est la fraction de ces étoiles possédant des planètes
estimé par Drake à 0,5

ne est le nombre moyen de planètes par étoile potentiellement propices à la vie
estimé par Drake à 2

fl est la fraction de ces planètes sur lesquelles la vie apparaît effectivement
estimé par Drake à 1

En 2002, Charles H. Lineweaver et Tamara M. Davis (à l’université de Nouvelle-Galles du Sud et avec le Centre australien d’Astrobiologie) ont estimé fl > 0,33 utilisant un argument statistique basé sur le temps qu’a mis la vie pour se développer sur Terre. Lineweaver a aussi déterminé qu’approximativement 10% des systèmes planétaires dans notre galaxie sont propices à la vie, ayant des éléments lourds, étant loin des supernovas et étant stables entre eux pendant une période suffisante.

fi est la fraction de ces planètes sur lesquelles apparait une vie intelligente
estimé par Drake à 0,01

Cependant, les systèmes planétaires dans l’orbite galactique avec une exposition aux radiations aussi basse que le système solaire sont plus de 100 000 fois plus rare.

fc est la fraction de ces planètes capables et désireuses de communiquer
estimé par Drake à 0,01

L est la durée de vie moyenne d’une civilisation
estimé par Drake à 10 années

Une limite basse de L peut être estimée à partir de notre civilisation avec l’avènement de la radioastronomie en 1938 (daté du radiotélescope parabolique de Grote Reber) jusqu’à l’année courante. En 2006, cela donne une valeur de L égale à 68.

Dans un article du Scientific American, Michael Shermer estima L à 420 années, en compilant les durées de six civilisations historiques. Utilisant 28 civilisations plus récentes que l’Empire romain, il calcula L à environ 304 années pour les civilisations « modernes ». Notons, cependant, que cela ne tient compte que des civilisations qui n’ont pas détruit leur technologie, et qui l’ont transmise aux civilisations qui les ont suivies, Shermer estima donc que l’on devait regarder cette valeur de manière pessimiste.

Dans la pratique, il faut remarquer que l’équation consiste à essayer de déterminer une quantité inconnue à partir d’autres quantités qui sont tout aussi inconnues qu’elle. Il n’existe donc pas de garantie que l’on soit davantage fixé après cette estimation qu’avant (argument nommé parfois dans la littérature garbage in, garbage out).

Il est à remarquer aussi qu’en l’absence d’expérience concrète, le cerveau humain est très mal équipé pour estimer des probabilités à moins d’un point de précision (c’est-à-dire 1%), et que nous parlons dans le langage courant de « probabilité de 1 sur 1000″ ou « 1 sur 100 000″ pour exprimer en fait que nous estimons quelque chose peu probable. Or c’est parce que nous estimons mal les probabilités très faibles que de jeux comme le Loto perdurent, peu de gens ayant effectué le calcul qui leur donne plus de probabilité de mourir avant le tirage que de gagner un lot d’un montant très important.

Le monde bayésien travaille plus volontiers en décibels. Une probabilité de 10-7 vaut alors -70 dB et une probabilité de 10-9 vaut -90 dB, ce qui les différencie nettement.

Référence :

Wikipedia

Sortie du livre » Nous ne sommes pas seuls dans l’univers » – Les frères Bogdanov

Igor et Grichka Bogdanov viennent de sortir (11/2007) un livre intitulé  » Nous ne sommes pas seuls dans l’univers  » chez Epa.

Détail :

Présentation de l’éditeur :

 » Sommes-nous seuls dans l’univers ? « . Pour la première fois, la science apporte des éléments de réponse à cette fascinante question. La vie a-t-elle pu apparaître ailleurs que sur la Terre, autour des milliards de soleils qui rayonnent à l’infini dans les milliards de galaxies ? Et quelles formes étonnantes cette vie a-t-elle pu adopter ? S’appuyant sur des découvertes enthousiasmantes, comme celles d’acides aminés dans des météorites, de bactéries fossiles dans des roches martiennes ou, en avril 2007 de Gliese 581c, une planète située à l’extérieur de notre Système solaire où les critères nécessaires à l’épanouissement de la vie semblent réunis, Igor et Grichka Bogdanov nous donnent les clés pour comprendre ces formidables enjeux scientifiques. L’observation d’organismes terrestres vivant dans des conditions extrêmes – lacs acides, profondeurs inouïes ou environnements hostiles – permet d’extrapoler des modes d’existence qui semblaient impossibles il y a peu. Convaincus que l’Univers tend naturellement à s’organiser jusqu’à produire de la vie puisque les molécules simples évoluent inéluctablement vers des états de plus en plus complexes, Igor et Grichka nous entraînent dans un voyage fabuleux grâce à des images spectaculaires, et souvent inédites, réalisées entre autres par des artistes de la Nasa.

Biographie de l’auteur :

Personnages incontournables du petit écran et connus du grand public pour leur émission Temps X (diffusée de 1979 à 1989), Igor et Grichka Bogdanov sont aussi des scientifiques passionnés dont les articles sont publiés dans nombre de revues. Docteurs en physique théorique pour le premier et en mathématiques pour le second, ils ne cessent depuis l’obtention de leurs thèses de poursuivre leurs recherches sur l’origine de l’Univers. Titulaires de la chair cosmologie générale, ils sont tous les deux professeurs à l’université des Sciences appliquées de Belgrade. Désireux de mettre leurs connaissances à la disposition du plus grand nombre, ils ont notamment publié Dieu et la Science (Grasset, 1991), entretien avec le philosophe Jean Guitton, Avant le Big Bang (Grasset, 2004) et, plus récemment, aux éditions EPA, Voyage vers l’Instant Zéro. On retrouve Igor et Grichka chaque semaine sur France 2 dans leurs émissions scientifiques Rayons X et Science, on tourne.

Rechercher des formes de vie étranges

 

La recherche de vie extraterrestre, dans le Système Solaire mais également au-delà, a de cela fascinant qu’elle ne laisse personne indifférente…

Que ce soit les scientifiques, les théologiens ou les amateurs éclairés, tous ont une bonne raison que cette recherche aboutisse. On aimerait tant que la vie sur Terre ne soit pas le fruit d’un fantastique hasard mais au contraire, un processus courant dans l’Univers. Les scientifiques y voient là l’unique moyen de remonter à nos Origines. Tous les indices de la vie primitive terrestre au-delà de 3,5 – 3,8 milliards d’années, ont été effacés par la tectonique des plaques et les convulsions multiples de la croûte terrestre. Sur Terre, les informations contenues dans les fossiles ne vont pas au-delà de cette période ce qui est un frein à nos connaissances.

S’il ne fait aucun doute que la recherche de la vie extraterrestre doit s’appuyer avant tout sur la vie terrestre basée sur la chimie du carbone dans un solvant, l’eau, ne mettons pas de côté le fait que la vie ait pu prendre un chemin différent. Dans un précédent article, La recherche d’une forme de vie extraterrestre doit passer par la recherche d’anomalies, nous abordions un peu ce sujet d’une vie analogue.

Les dernières avancées en biologie et biochimie montrent qu’il est possible que la vie apparaisse sous des formes différentes de la nôtre. Cela signifie que la biochimie et la biologie moléculaire terrestres ne sont certainement pas les seuls processus à favoriser l’émergence d’une forme de vie. De fait, le processus moléculaire à l’origine de la vie sur d’autres planètes pourrait très bien être différent de ce que la Terre a connu très tôt après sa formation. Nous savons que la versatilité de la chimie organique a cela de remarquable qu’elle offre de multiples solutions fondamentales pour l’émergence du vivant.

Partant de là, les scientifiques devraient élargir leur recherche de la vie à des formes de vie étranges, c’est-à-dire ne s’appuyant pas sur les mêmes caractéristiques que la vie terrestre, à savoir de l’eau comme solvant, un métabolisme basé sur le carbone, un système moléculaire capable d’évolution et une capacité de consommation, transformation et stockage d’énergie ou de masse avec son environnement.

Autre voie à explorer, la détection d’organismes ayant une biochimie alternative à la nôtre. Aujourd’hui, on sait que les briques de la vie terrestre ne sont pas les seuls éléments capables de soutenir des phénomènes identifiés comme des organismes vivants Ces découvertes rendent possible l’existence de formes de vie différentes que celles qui s’épanouissent sur la Terre.

L’exemple de l’eau

Aujourd’hui, tout le monde sait que l’eau est l’élément sans lequel la vie n’est pas possible. Cela limite de fait nos recherches dans le Système Solaire aux seuls endroits où l’on pense qu’elle a pu couler sous forme liquide, comme sur Mars, par exemple ou bien se trouve dans de grands réservoirs, comme c’est certainement le cas sous la surface de quelques lunes de Jupiter ou de Saturne. Mais, sachez que d’autres liquides comme l’ammoniaque ou le Formamide sont à même d’avoir le même rôle de solvant mais par une biochimie différente.

Si l’on va au bout de ce raisonnement, on peut donc classer Titan comme une cible prioritaire pour découvrir une forme de vie étrange en raison de la présence vraisemblablement d’une mixture d’eau et d’ammoniaque.

Environnements terrestres extrêmes

La recherche d’une forme de vie étrange pourrait être facilitée par une meilleure compréhension des environnements extrêmes de la Terre. Il s’agit de milieux naturels réputés stériles mais connus pour abriter des organismes complexes. En comprenant mieux la vie sur Terre et sa faculté à s’adapter à ces régions, les scientifiques auront une image plus claire pour rechercher sur d’autres objets du Système Solaire des organismes vivants où les conditions nécessaires ont pu être réunies ou peuvent l’être encore aujourd’hui comme c’est le cas sur Mars.

Avant d’examiner le potentiel d’une planète extrasolaire à développer une forme de vie, nous devrions d’abord étudier les limites du vivant sur notre propre planète. Les tolérances dans les conditions extrêmes sur Terre où la vie perdure sont beaucoup plus larges que ce que nous pensions auparavant. De récentes recherches ont mis en évidence que des micro-organismes se sont montrés remarquablement souples dans le choix de leur cadre de vie. Ces micro-organismes prospèrent dans des environnements aussi extrêmes que des réacteurs nucléaires aux surfaces complètement gelées. Les sources thermales tapies aux fonds des océans ont souvent été considérées comme l’origine de la vie sur Terre. La plupart de ces conditions extrêmes se retrouvent sur la planète Mars ou encore sur certaines lunes de Jupiter comme Callisto et Europe.

Il est tout aussi intéressant de nous demander pourquoi certains environnements terrestres n’ont apparemment pas suffi pour l’émergence et l’évolution en toute quiétude d’une forme de vie. Cette étude pourrait nous renseigner sur les signatures chimiques et morphologiques d’environnements qui diffèrent considérablement de ceux de la Terre et notamment de la part de planètes beaucoup plus massives.

La vie terrestre

La vie se définit comme une information complexe et codée qui peut se répliquer, cette réplication devant se faire avec parfois des erreurs pour permettre l’évolution. Or, on n’a pas trouvé de meilleur support d’une information complexe que les chaînes carbonées de la chimie organique. On peut songer à plusieurs autres supports (des cristaux par exemple) mais aucun n’a la richesse des chaînes carbonées qui permettent des combinaisons à l’infini. La chimie du Silicium, par exemple, est très loin d’être aussi riche. De fait, on ne trouve comme grosses molécules dans le milieu interstellaire de notre Galaxie ou de galaxies très distantes, que des chaînes carbonées.

Selon la NASA, est vivant tout système délimité sur le plan spatial par une membrane semi-perméable de sa propre fabrication et capable de s’auto-entretenir, ainsi que de se reproduire en fabriquant ses propres constituants à partir d’énergie et/ou à partir d’éléments extérieurs. La vie terrestre nécessite la présence conjuguée de quatre facteurs. De l’énergie, généralement sous forme de rayonnement stellaire, le carbone, habituellement sous forme de CO, de l’eau à l’état liquide, qui est à la base de la vie, enfin un certain nombre d’éléments chimiques, principalement de l’azote, du phosphore et du soufre.

En s’appuyant sur ces 2 définitions on gardera à l’esprit que si la vie extraterrestre existe, il y a une très grande probabilité qu’elle se base également sur l’eau et la chimie du carbone. D’une part l’eau est une molécule très courant dans l’Univers tout comme cette chimie. Les observations les plus récentes de l’Univers ont révélé que les ingrédients de la vie se trouvent un peu partout dans l’Univers de sorte que l’on peut raisonnablement penser qu’un processus similaire au nôtre s’est déclenché quelle part autour d’une autre étoile.

Référence :

Flashespace