La ecuación de Drake y la vida extraterrestre

La ecuación de Drake se desarrolló para predecir la probabilidad de detectar otra civilización inteligente en nuestra galaxia. Mas abajo, el mismo Dr. Drake nos describe su ecuación en un simposio de la Nasa

Frank Drake, radioastrónomo y astrofísico estadounidense, es uno de los pioneros del instituto SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence o Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre). Ha participado y dirigido numerosos proyectos desde que él mismo llevara a cabo el primero de todos (proyecto Ozma) en el año 1960. Actualmente es el presidente del instituto SETI.
Desde hace más de 30 años, Frank Drake es profesor de Astronomía en la Universidad de Santa Cruz, en California, e intenta desde entonces establecer contacto radiofónico con civilizaciones extraterrestres.

En el año 1961 desarrolló una expresión conocida como la “Ecuación de Drake". La ecuación es un cálculo de probabilidades que permite estimar el número de civilizaciones inteligentes en existentes en nuestra galaxia.
La búsqueda de vida inteligente es algo que llevamos realizando desde hace apenas unas décadas. Es algo de vital importancia para cualquier aficionado a la astronomía, pero debería ser algo realmente importante para cualquier ser humano. Las implicaciones filosóficas, psicológicas, existenciales, religiosas de esta búsqueda son realmente inmensas. Vida más allá de la Tierra, vida dispersa por el universo, vida como imperativo de las leyes físicas

Pero, ¿qué probabilidades hay de que exista esta vida inteligente lo suficientemente evolucionada como para emitir señales de radio que podamos detectar? En la década de los sesenta, Frank Drake, profesor de astronomía, propuso una ecuación probabilística para calcular el número de civilizaciones tecnológicas presentes en nuestra galaxia. Esta famosa ecuación está compuesta por una serie de factores a los que hay que dar un valor. Según los cálculos más pesimistas, el resultado es uno, nuestra civilización, y según los cálculos más optimistas, miles de millones. Poco a poco se van acotando los valores, y estos apuntan seriamente a que pueden existir millones de civilizaciones ahí fuera, solo en nuestra galaxia. Pero, una vez más, tengo que recordar que el espacio es enorme. Aun con esos resultados de millones de civilizaciones, la distancia media entre ellas sería de unos 200 años luz. Muchísimo. Si fueran capaces de vernos, nos verían como éramos poco después de la revolución francesa. La impresión, desde luego, no sería muy positiva.



La ecuación fue concebida en 1961 por Drake mientras trabajaba en el Observatorio de Radioastronomía Nacional en Green Bank, Virginia Occidental (EE. UU.). La Ecuación de Drake identifica los factores específicos que, se cree, tienen un papel importante en el desarrollo de las civilizaciones. Aunque no hay una solución única, la comunidad científica la ha aceptado como herramienta para examinar estos factores.

Nuestro sol es sólo una estrella solitaria en una colección de cuatrocientos mil millones. La Vía Láctea es sólo una galaxia entre cientos de miles de millones de galaxias en el Universo. Parece que debería haber un montón de vida ahí fuera. ¿Podemos hacer una estimación inicial? El primero en hacerla fue el astrónomo Frank Drake. Él realizó una ecuación, ahora conocida como Ecuación de Drake, que explica las posibilidades:

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

Donde:

*N representa aquí el número de civilizaciones que podrían comunicarse en nuestra galaxia, la Vía Láctea. Este número depende de varios factores.
* R* es el ritmo de formación de estrellas "adecuadas" en la galaxia (estrellas por año).
* fp es la fracción de estrellas que tienen planetas en su órbita.
* ne es el número de esos planetas en el interior de la ecosfera de la estrella (se trata del espacio que la rodea, y que está en condiciones de albergar alguna clase de forma de vida. Demasiado cerca es demasiado caliente; demasiado lejos es demasiado frío.)
* fl es la fracción de esos planetas dentro de la ecosfera en los que la vida se ha desarrollado.
* fi es la fracción de esos planetas en los que la vida inteligente se ha desarrollado.
* fc es la fracción de esos planetas donde la vida inteligente ha desarrollado una tecnología e intenta comunicarse.
* L es el lapso de tiempo que una civilización inteligente y comunicativa puede existir (años).

Aunque el tanto por ciento de formaciones de estrellas adecuadas era indudablemente mucho mayor cuando nuestra galaxia se formó, todavía se pueden ver estrellas naciendo. Existen fotografías de "guarderías estelares" tomadas por el Telescopio Hubble en la Nebulosa del Águila y en la Nebulosa de Orión: grandes nubes de gas se colapsan para formar estrellas. Un buen pronóstico para esa formación de estrellas es de unas 20 estrellas por año. R = 20.

Muchas de estas nubes tienen cierta rotación. Cuando se colapsan, la nube gira cada vez más rápido, como una patinadora de hielo levantando sus brazos. Esto provoca que la nube forme un disco aplanado de gases. En el centro, se forma la estrella principal. Bastante más lejos, pequeñas agrupaciones pueden formar planetas. Hasta hace muy poco, no existía evidencia de planetas fuera de nuestro sistema solar. En los últimos años, algunos equipos de astrónomos han anunciado el descubrimiento de planetas alrededor de estrellas cercanas. Este excitante descubrimiento incrementa la probabilidad de planetas alrededor de muchas estrellas. Podemos estimar, siendo conservadores, que la mitad de las estrellas forman sistemas planetarios; la otra mitad forman sistemas de estrellas binarias, así que fp = 0,5.



El factor ne es algo más complicado. Las estrellas pequeñas son frías y rojas. Los planetas tendrían que orbitar muy cerca para estar en su ecosfera, que sería muy estrecha, sin demasiado espacio para planetas. Los planetas que orbiten muy cerca de sus estrellas suelen estar fuertemente atraídos y presentan una misma cara hacia la estrella todo el tiempo. La atmósfera de un planeta así estaría helada en la cara opuesta a la estrella, y esto no favorece la vida. Por otro lado, las grandes estrellas azules tienen una ecosfera más amplia. Por supuesto, a juzgar por nuestro Sistema Solar, los planetas están más espaciados conforme se alejan de las estrellas, de manera que una ecosfera más ancha se ve compensada por este efecto. Estas estrellas grandes también queman más combustible y no duran demasiado. Normalmente duran tan poco que no dan oportunidad a que se desarrolle la vida antes de que se conviertan en una nova o una supernova y destruyan todo el sistema. En nuestro sistema solar, con nuestra estrella amarilla de tamaño medio, tenemos dos (Tierra y Marte), o quizás tres planetas (Venus) dentro de la ecosfera. Un cálculo conservador del número de planetas dentro de la "zona de vida" o ecosfera es sólo uno. ne = 1.

El siguiente factor, fl, es donde las cosas se complican aún más. El problema es que tenemos pocos ejemplos de planetas donde las condiciones sean correctas para el desarrollo de la vida. Como hemos indicado antes, Venus, la Tierra y Marte podrían tener, al mismo tiempo, las condiciones adecuadas. Sabemos que la vida se desarrolló en la Tierra, y estamos tanteando las evidencias de vida primitiva en Marte hace millones de años. Un cálculo conservador para este número sería 0,2; o uno de cada cinco planetas con condiciones desarrollará la vida. fl = 0,2.

¿Cuántos de esos planetas desarrollarán vida inteligente? Difícil pregunta, pero si creemos en la evidencia de la selección natural y supervivencia de los mejores, la mayoría de los científicos dirían que el 100%: la vida inteligente es un resultado natural de la evolución. Por supuesto tenemos sólo un ejemplo, la Tierra. fi = 1.



¿Cuántas de esas especies inteligentes desarrollarán tecnología y la usarán para comunicarse? Si miramos a la Tierra, vemos que los humanos lo hacemos, pero también vemos ballenas y delfines que poseen un nivel moderado de inteligencia pero nunca han desarrollado tecnología. Vamos a poner un valor de 0,5 en principio. fc = 0,5.

Ahora falta determinar el número más difícil. L es el número de años que una civilización tecnológica y comunicativa perdura. Nosotros sólo llevamos en esta fase de nuestra evolución unos 50 años. ¿Se destruyen las civilizaciones avanzadas poco después de descubrir la tecnología para conseguirlo? O ¿resuelven sus problemas juntos antes de que suceda? Por ahora, no asignemos un número a L. Coloquemos los demás números y veamos que pasa.

N = R × fp × ne × fl × fi × fc × L

N = 20 × 0,5 × 1 × 0,2 × 1 × 0,5 × L

Multiplicando todos los números, nos da que N = L. En otras palabras, el número de civilizaciones inteligentes y comunicativas en la galaxia es igual a los años que dura una civilización. La cifra sobre la que sabemos menos tiene un gran significado en nuestros cálculos. La mayoría de los científicos esperan que si una civilización puede superar su tendencia inicial a autodestruirse con su propia tecnología, entonces esa civilización existirá mucho tiempo. En cualquier caso, habría al menos 50 (el número de años que hemos estado comunicándonos) y, si una civilización comunicativa dura millones de años, habría la posibilidad de buscar millones de civilizaciones.

Tenemos graves problemas como civilización, pero es poco probable que nos autodestruyamos por ahora. Exceptuando asteroides gigantes o una guerra nuclear global, podríamos sobrevivir más, y es de esperar que otras razas puedan hacer lo mismo. Si obviamos los cambios biológicos producidos por la evolución, podemos darle a L un valor muy grande, de millones de años, o incluso más.



Quede claro que se trata de civilizaciones que pueden "hablar" por radio con otras, no necesariamente que pueden visitarnos en persona. Nosotros todavía no hemos podido enviar una tripulación al planeta más cercano dentro de nuestro propio Sistema Solar pero hace décadas que podríamos haber recibido o enviado un mensaje a las estrellas más cercanas. Hemos tratado pero sin resultado, que sepamos. Quede claro también que estas civilizaciones deben querer hablar con nosotros, o sea, que deben tener algo de lo que nosotros llamamos curiosidad, instinto exploratorio, o necesidad de comunicación. No hay ninguna garantía de eso. Y finalmente, recordemos que esto es un número para toda la galaxia. Pero la Tierra está entre dos brazos espirales de la periferia de la galaxia, y gran parte de nuestra "visión" está obstruida por nubes de polvo y gas, y por supuesto, por la aglomeración de estrellas del centro de la galaxia. Es posible que no podamos comunicarnos con la mayoría de los extraterrestres que puedan estar ahí afuera.

Pero incluso descontando todo eso, sigue en pie que debe de haber centenares de millones de planetas "habitables" (signifique lo que signifique), aptos para que seres con radiotelescopios y ganas de encuentros a través de los años-luz puedan asentarse y hablar.


El Dr. Drake explica la historia y el contenido de su famosa ecuación en un foro de la Nasa



Frank Drake: Es un placer y un honor estar con todos ustedes, exobiólogos, esta noche. Cuando empecé en este juego no había exobiólogos. Por tanto el verles a todos ustedes ahí es un gran progreso.

Querría empezar dándoles una pequeña reseña histórica y una breve descripción de la ecuación. Todo empezó poco antes de que realizara la primera búsqueda de señales de radio de inteligencias extraterrestres en el Observatorio Nacional de Radio Astronomía en Green Bank. Esto fue en 1960. Al mismo tiempo, se publicó un artículo muy seminal de Philip Morrison y Giuseppe Cocconi, señalando lo que yo ya había comprendido, y es que teníamos la capacidad de detector señales de una tecnología inteligente que atravesaran la distancia que separa las estrellas

Esto es una puerta abierta a la detección de vida, en este caso específicamente vida inteligente, más allá de la Tierra. Se abría una gran nueva gama de posibilidades, que fue lentamente comprendida en su momento y es, por supuesto, ampliamente reconocida hoy. Esto se refleja en el gran crecimiento en el campo de la astrobiología.

Poco después de esto, la Academia Nacional de las Ciencias quiso convocar una pequeña reunión para examinar la cuestión en conjunto, y proponer hacia donde podríamos ir desde ahí. Me encargaron que lo organizara, y así justo hace 42 años por estas fechas organicé la primera de estas reuniones en Green Bank. Yo fui el comité científico y el organizador local, pero no fue muy duro pues invite a todas las personas en el mundo que conocía que estuvieran interesadas en la materia – a todas las doce. Y las doce se presentaron.



Como yo planeaba la reunión, comprendí unos días después que necesitaríamos una agenda. Por ello escribí todas las cosas que se necesitaría conocer para predecir como de difícil resultará detectar vida extraterrestre. Y viéndolas se hacía evidente que multiplicándolas entre sí se conseguiría un numero, N, que es el número de civilizaciones detectables en nuestra galaxia. Esto, por supuesto, estaba enfocado a la búsqueda de radio, y no a la búsqueda de formas de vida primordiales o primitivas.

Bien, ¿cuál es la ecuación?. Esta recoge nuestro conocimiento de la evolución de nuestra galaxia y nuestro sistema solar. Sabemos que nuestra galaxia tiene unos 14 miles de millones de años de antigüedad y que las estrellas se han estado creando a un régimen casi constante. Y desde muy pronto estas recién formadas estrellas han estado acompañadas por sistemas planetarios –al menos en algunos casos.

Por esto la ecuación completa se basa en una producción continua de nuevos sistemas planetarios, y presumiblemente de vida., vida inteligente y vida tecnológica. Y esto nos dice, por supuesto, que el número de civilizaciones detectables va a ser proporcional al régimen de formación de estrellas, que escribimos como R*, debido a que cuanto más estrellas se formen, más civilizaciones habrá, finalmente. Esta es fácil.

Hemos sabido durante tiempo que se producen unas 20 nuevas estrellas por año en nuestra galaxia, y este ha sido el caso durante muchos miles de millones de años. Pero a lo largo del tiempo nos hemos vuelto ligeramente más sofisticados en la definición de lo que significa este factor. Se producen 20 estrellas por año, pero nos damos cuenta de que no todas ellas podrán producir una especie inteligente. Algunas apagan su núcleo de hidrógeno extremadamente rápido, en, literalmente, millones de años – sin tiempo para evolucionar especies inteligentes.



Si dejamos de lado estas, las estrellas de rápida combustión, nos quedan 19 estrellas por año. De estas, alrededor de cuatro son como el sol. ¿Es por tanto cuatro por año el numero para R*?. Esta es todavía una de las grandes cuestiones en astrobiología, y una de las más estimulantes.

¿Y qué son las otras 15? Son todas estrellas enanas rojas muy pequeñas, estrellas conocidas como enanas M (o marrones) por los astrónomos. Durante mucho tiempo hemos creído que estas no podrían albergar vida inteligente porque, de hecho, pueden tener sistemas planetarios (aunque aún no se ha detectado ninguno), pero aunque hubiera planetas allí, estarían tan cerca de la estrella que, así como nuestra luna siempre muestra una cara a la Tierra, estos mostrarían una sola cara a su estrella. Y pensamos que crearía una situación donde, en la cara oculta de estos planetas, haría tanto frío que la atmósfera se congelaría. No habría atmósfera y por tanto posibilidad de emergencia de vida.

Bueno, ahora esta creencia ha sido investigada y se ha visto que con una atmósfera masiva este congelamiento de la atmósfera no se produciría. Por tanto las estrellas M y sus planetas, después de todo, pueden soportar vida.

Entonces, ¿cuánto es R*, ?. Bueno, quizás es 4, y quizás es 19 estrellas por año.

Si multiplicamos por la fracción de estas estrellas que tienen planetas, fp, obtenemos la tasa de producción de nuevos sistemas planetarios por año. Y ¿qué es esto?. Bueno, durante mucho tiempo no hemos tenido nada salvo teorías para enfrentarlo. Pensábamos que quizás el 50% de las estrellas tendrían planetas. Esto estaba basado en el hecho de que la mitad de las estrellas son sistemas binarios, y la otra mitad debería tener algo más, algo pequeño, un planeta.



Por supuesto, uno de los grandes descubrimientos del último siglo, que tuvo lugar solo hace tres años, fue la detección de otros sistemas planetarios. Este es uno de los grandes descubrimientos en la historia de la ciencia. Ahora conocemos cerca de 100 de estos sistemas. Muchos de ellos tienen lo que se podría llamar “Júpiter gigantes”, y no planetas adecuados para la vida. Pero sabemos que esto es la punta del iceberg, dado que este es el único tipo de planetas que podemos detectar. Alrededor del 5% de las estrellas tienen de estos planetas. ¿Qué tendrán el otro 95%? Quizás planetas semejantes a la Tierra, o planetas adecuados para la vida. También nos preguntamos si esos planetas gigantes tendrán satélites habitables.

En cualquier caso, el principal detector de estos planetas, Geoff Marcy de la UC en Berkeley, estima que alrededor del 50% de las estrellas tienen sistemas planetarios.

Si multiplicamos esto por el siguiente factor, escrito ne, el número de planetas en la ecosfera, - un término que ya no utilizamos; hoy lo denominamos zona habitable – obtenemos el régimen de producción de planetas que posiblemente soporten vida. Esta es una materia compleja, mucho más de lo que se pueda pensar a primera vista. Primero se pensó que un planeta debía estar a una distancia determinada de la estrella para que el agua liquida pudiera existir. Ni demasiado cerca, ni demasiado lejos. Tenías que ser Ricitos de oro para producir vida.

Ahora sabemos que la naturaleza del planeta puede influir enormemente en la distancia a la cual puede estar de una estrella y todavía ser habitable. Un buen ejemplo es Europa, tan lejano que es muy, muy frío en su superficie, y aún hay una posible biosfera en él. Una atmósfera baja, debida al efecto invernadero, puede hacer no obstante, a un planeta alejado de su estrella, habitable. Pues, de nuevo, este es un factor que no conocemos demasiado bien.



El siguiente factor, fl, es la fracción de planetas potencialmente habitables que producen vida efectivamente. De este creemos saber algo, porque los químicos han encontrado multitud de rutas químicas hacía los orígenes de la vida. La vida parece ser inevitable en cualquier planeta con las características adecuadas. ¿Y cuales son estas?. Parece bastante simple: Agua líquida, moléculas orgánicas y una fuente de energía.

La verdadera cuestión no es tanto si surge vida sino como ocurre de hecho. El consenso actual es que la vida aparece en una masa de agua, quizás en la “pequeña charca templada” de Darwin, o en las fumarolas submarinas, la espuma de las olas del océano – todo esto ha sido sugerido – o en moldes moleculares de minerales de barro. Pensamos que la fracción es cercana a uno.

La siguiente fracción es fi, que es la que describe la fracción de sistemas con vida que dan lugar a especies inteligentes. Esta fracción trata de responder a la cuestión: ¿la evolución converge o diverge?. Hay mucha evidencia de convergencia en inteligencia, incluyendo el crecimiento del tamaño del cerebro visto en el registro fósil, pero ¿es un cerebro inteligente dependiente de cosas de los que no estamos realmente seguros?. Por ejemplo, ¿requiere la evolución de un medio de comunicación sofisticada, una de las posibles situaciones representadas que puede limitar la frecuencia con que la inteligencia aparece?. Esto es un gran misterio.

La siguiente, fc, es la fracción de civilizaciones inteligentes que generan tecnología que podríamos detectar, o con los que podríamos comunicarnos – esto es lo que significa la “c”. Parece que fc debe ser cercano a uno. Una vez que se tiene suficiente inteligencia cuya anatomía permite el uso de herramientas, se conseguirá tecnología. La tecnología, de hecho, se ha desarrollado en la Tierra independientemente en multitud de lugares.




Los principales estímulos son obvios. Se persigue conseguir comida, lo que lleva al desarrollo de la agricultura y las herramientas agrícolas; se persigue promover la vida en regiones de otra manera inhabitables, como las regiones árticas, regiones polares; y por supuesto, se persigue el desarrollo de armas.

En este punto se multiplica todo esto y se consigue el régimen de producción de civilizaciones detectables en la galaxia. Ahora, no creemos, siendo conservadores, que permanecerán detectables siempre. Quizás se autodestruyan por su locura nuclear, o mediante la destrucción de su medio ambiente. Quizás sufran una catástrofe cósmica, como el evento K/T (el impacto de asteroide que provocó la extinción de los dinosaurios).

Más probable, al menos para los optimistas como yo, ellos llegarán a escena, son detectables, y luego desaparecen, debido a que consiguen tecnología más sofisticada. Ellos han terminado de emitir energía hacia el espacio. En este momento nosotros somos muy detectables, principalmente por nuestras emisiones de televisión. Pero vemos que la televisión tiende al cable, y especialmente a las transmisiones directas-a-casa de televisión por satélite.

Esto es aterrador para gente como yo. Las emisiones de televisión ordinarias transmiten un millón de vatios. Esto hace una señal muy detectable. Los transmisores que envían televisión a esas pequeñas paelleras de las casas de la gente solo emiten 10 vatios, bastante menos del millón, lo que hace una señal totalmente indetectable desde distancias interestelares.

Por tanto, tenemos que preocuparnos: las civilizaciones pueden ser prosperas, con una tremenda calidad de vida, y aun ser muy difíciles de detector. Y debemos considerar esto diciendo, de acuerdo, existen pero solo duran un limitado espacio de tiempo, que denominamos L, la Longevidad.



L está dominada por aquellas civilizaciones con una Ls muy grande, porque L es el tiempo de vida medio de una civilización. Un ejemplo numérico, dadas 100 civilizaciones, si 99 son detectables solo durante 100 años y una es detectable durante mil millones, el valor de L será 10 millones de años. Por tanto L puede ser más grande de lo que intuitivamente debería ser.

He aquí la ecuación. Pero, antes de irnos, les ofreceré unos pocos comentarios que siendo evidentes muchas veces no se aprecian. Uno es que cada factor en la ecuación está a la primera potencia. No hay exponenciales, ni potencias, ni leyes de potencias, ni logaritmos. Todos ellos son igual de importantes. Y, en la misma línea, el error global en el resultado esta controlado por las incertidumbres mayores, que son probablemente fi y L. Tercero, las indeterminaciones crecen según avanzamos de izquierda a derecha en la ecuación, desde lo astronómico y lo químico hasta los factores sociales.

Y, finalmente, nos preguntamos si necesitamos otros factores. Recibo cartas todos los días sugiriéndolo. Particularmente necesitamos uno para la ignorancia de los políticos. Sin embargo, todos los demás que se proponen están incluidos en los factores tradicionales. Pero el futuro bien podría revelar la necesidad de una ecuación mayor.