Jason T. Wright, Jacob Haqq-Misra, Adam Frank, Ravi Kopparapu, Manasvi Lingam y Sofia Z. Sheikh 8
Publicado el 14 de marzo de 2022 • © 2022. El(los) autor(es). Publicado por la Sociedad Astronómica Americana. , ,
Cita Jason T. Wright et al 2022 ApJL 927 L30DOI 10.3847/2041-8213/ac5824Versión original
Abstracto
La intuición sugerida por la ecuación de Drake implica que la tecnología debería prevalecer menos que la biología en la galaxia. Sin embargo, se ha apreciado durante décadas en la comunidad SETI que las firmas tecnológicas podrían ser más abundantes, duraderas, detectables y menos ambiguas que las firmas biológicas. Recopilamos los argumentos a favor y en contra de la ubicuidad de las firmas tecnológicas y discutimos las implicaciones de algunas propiedades de la vida tecnológica que difieren fundamentalmente de la vida no tecnológica en el contexto de la astrobiología moderna: puede propagarse entre las estrellas a muchos sitios, puede detectarse más fácilmente en grandes distancias, y puede producir signos que son inequívocamente tecnológicos. Como ilustración en términos de la ecuación de Drake, consideramos dos ecuaciones tipo Drake, para tecnofirmas (calculando N(tecnología)) y firmas biológicas (calculando N (bio)). Argumentamos que la Tierra y la humanidad pueden ser malas guías para el término de longevidad L y que su valor máximo podría ser muy grande, ya que la tecnología puede sobrevivir a sus creadores e incluso a su estrella anfitriona. Concluimos que mientras que la ecuación de Drake implica que N (bio) ≫ N (tecnología), también es plausible que N (tecnología) ≫ N(biografía). Como consecuencia, mientras buscamos posibles indicadores de vida extraterrestre, por ejemplo, a través de la caracterización de las atmósferas de exoplanetas habitables, deberíamos buscar biofirmas y tecnofirmas. Este ejercicio también ilustra las formas en que las búsquedas de biofirmas y tecnofirmas pueden complementarse entre sí y cómo los métodos de búsqueda de tecnofirmas, incluidas las ideas antiguas de SETI, pueden informar la búsqueda de biofirmas y la vida en general.
1. Introducción
La búsqueda de vida en otras partes del universo se centra en identificar firmas biológicas que indiquen la presencia de vida extraterrestre. Una extensión de la búsqueda de firmas biológicas es la búsqueda de "firmas tecnológicas" (Tarter 2007 ), que se enfoca específicamente en identificar firmas observables remotamente de tecnología extraterrestre.
La búsqueda de firmas biológicas detectables remotamente se ha desarrollado mucho desde el descubrimiento de exoplanetas (Wolszczan & Frail 1992 ; Mayor & Queloz 1995 ). Desde ese evento, el campo ha abordado una serie de preguntas y desafíos científicos, incluido el acoplamiento de modelos climáticos a redes de química atmosférica para la producción de observaciones sintéticas (Seager et al. 2012; Grenfell 2017; Kaltenegger 2017 ; Catling et al . 2018 ; Fujii et al. 2018 ; Meadows et al. 2018 ; Schwieterman et al. 2018 ; Walker et al. 2018 ; Lammer et al. 2019), la exploración de vías alternativas para procesos biológicos como la fotosíntesis (Wolstencroft & Raven 2002 ; Kiang et al. 2007 ; Schwieterman et al. 2018 ; Lingam & Loeb 2020a ), y el desarrollo continuo de biofirmas agnósticas como marcadores de complejidad química (Johnson et al. 2018 ; Walker et al. 2018 ; Marshall et al. 2021 ).
Las búsquedas de tecnología de detección remota se han beneficiado de la energía renovada en los últimos años debido a la confluencia de varios eventos, incluido el descubrimiento de que los planetas rocosos de la zona habitable son ubicuos en el universo (Burke et al. 2015; Dressing & Charbonneau 2015; Hsu et al . . 2018 ; Kopparapu et al. 2018 ; Mulders et al. 2018 ; Bryson et al. 2021 ), el desarrollo resultante de un sólido programa de astrobiología centrado en firmas biológicas, la Breakthrough Listen Initiative, que ha prometido $100 millones durante 10 años para la búsqueda para firmas tecnológicas (Worden et al. 2017), y un interés renovado del Congreso de los Estados Unidos y la NASA en financiar la investigación de firmas tecnológicas. Esta inversión renovada ha cultivado una gama mucho más amplia de vías para la detección de vida extraterrestre.
Ambos campos (búsquedas de tecnofirmas y biofirmas) han desarrollado expectativas y marcos teóricos para la abundancia de signos de vida en el universo. Nuestro objetivo aquí es realizar una comparación de estas expectativas. Por supuesto, una comparación objetiva y cuantitativa de las abundancias relativas reales de tecnofirmas y biofirmas es difícil debido a que depende de los detalles de la vida extraterrestre, los cuales no podemos conocer con certeza hasta que contemos con algunos ejemplos de los que podemos aprender.
Para hacer nuestra comparación, nos basaremos en muchos argumentos que son familiares para los veteranos de los programas SETI pero que, según nuestra experiencia, no han tenido mucha aceptación en el panorama más amplio de la astrobiología. Esto probablemente se deba a que muchos de estos argumentos han aparecido en revistas que rara vez leen los astrobiólogos, en actas de congresos, en libros y en la literatura gris, es decir, donde han sido publicados formalmente. Nuestro objetivo es compilar estos argumentos en un solo argumento coherente para la plausibilidad de la abundancia de tecnofirmas y hacerlo en el contexto de la astrobiología moderna (especialmente porque muchos de estos argumentos se hicieron antes de que ese campo existiera en su forma moderna) .
La esencia de nuestro argumento es que la tecnología, y sus firmas tecnológicas concomitantes, difieren de manera fundamental de la biología, y sus firmas biológicas, en que puede extenderse mucho más allá de su origen en el espacio, el tiempo y el alcance (p. ej., Walters et al. 1980 ; Papagiannis 1982 ; Freitas 1983 ). En este trabajo, exploramos cómo esta diferencia otorga a las firmas tecnológicas un potencial casi ilimitado para las métricas clave asociadas con las búsquedas de exovida: abundancia, longevidad, detectabilidad y ambigüedad. [9]
Esto es importante porque las heurísticas más utilizadas para describir firmas biológicas, como la ecuación de Drake, pueden llevar a la conclusión errónea de que las firmas tecnológicas deben ser objetivos de búsqueda más pobres que las firmas biológicas. Como veremos, no hay ninguna razón incontrovertible por la que la tecnología no pueda ser más abundante, más longeva, más detectable y menos ambigua que las firmas biológicas.
1.1. El papel de la ecuación de Drake
Para los primeros dos de nuestros cuatro puntos, abundancia y longevidad, podemos recurrir a la heurística de la ecuación de Drake (Drake 1965 ; Vakoch et al. 2015 ), que durante décadas ha sido una guía poderosa sobre cómo pensar sobre la prevalencia de vida, biofirmas y tecnofirmas. Usualmente expresado en su forma canónica:
$$N=R_*f_{p}n_{p}f_{l}f_{i}f_{c}L$$
busca expresar una estimación del número de planetas con especies comunicativas en la Vía Láctea.
En términos generales, los tres primeros términos del lado derecho de la ecuación, que capturan la tasa de formación estelar en la galaxia ($R_{*}$), la fracción de estrellas con planetas ($f_p$) y el número de planetas habitables por estrella ($n_p$), pueden ser determinados por los astrónomos sin tener que depender de muchos aportes interdisciplinarios y tienen valores razonablemente bien conocidos. El siguiente término, $f_l$ , la fracción de esos planetas habitables que desarrollan vida, ayuda a determinar qué tan probable es que las búsquedas de firmas biológicas tengan éxito. Los dos siguientes, $f_i$ y $f_c$ , capturan la fracción de esos planetas que dan lugar a la inteligencia y las especies comunicativas, respectivamente, y así reducir las cosas aún más a la fracción que podríamos detectar a través de señales comunicativas, como las ondas de radio. L es el tiempo promedio que una especie pasa enviando una señal comunicativa detectable, lo que arroja un valor esperado para el número de especies comunicativas en cualquier momento.
Si pensamos en las firmas tecnológicas de manera más amplia y no solo nos enfocamos en la comunicación, podemos escribir un par de ecuaciones similares a las de Drake para firmas biológicas y firmas tecnológicas en general. La primera,
$$N(bio)=R_*f_{p}n_{p}f_{l}L_{b}$$
captura el número de planetas con firmas biológicas detectables, donde $f_l$ aquí se interpreta como la fracción de planetas que desarrollan biosferas considerables del tipo que da lugar a firmas biológicas detectables remotamente (y, potencialmente, vida tecnológica) y $L_b$ es la longitud promedio de tiempo que la biosfera permanece detectable.
Del mismo modo, escribimos
$$N(tech)=R_*f_{p}n_{p}f_{l}f_{t}L_{t}$$
que captura el número de planetas con tecnofirmas detectables, donde aquí $f_t$ es la fracción de planetas con vida con tecnofirmas detectables de cualquier tipo y corresponde a $f_if_c$ en la forma canónica de la ecuación, y $L_t$ es el período de tiempo que tales las firmas tecnológicas siguen siendo detectables.
1.2. El caso de N(bio) ≫ N(tecnología) y la falla en ese argumento
Para dar algunos ejemplos de lo que queremos decir:
- La tecnología puede sobrevivir por mucho tiempo a la biología que la creó (p. ej., Holmes 1991 ; Ćirković et al. 2019 ). Se pueden tener tecnofirmas sin vida tecnológica, e incluso sin biosfera.
- La vida tecnológica puede extenderse a otros mundos y, por lo tanto, crear sitios de firmas tecnológicas que superan en número a las biosferas (p. ej., Walters et al. 1980 ; Papagiannis 1982 , 1983 ; Freitas 1983 ).
- Una vez creada, la tecnología podría autorreplicarse y propagarse sin ninguna asociación adicional con la vida (p. ej., Tipler 1980 ; Armstrong & Sandberg 2013 ; Gertz 2016 ).
- Las firmas tecnológicas pueden existir más allá de los planetas, por ejemplo, surgiendo de naves espaciales (p. ej., Viewing et al. 1977 ; Harris 1986 ; Garcia-Escartin & Chamorro-Posada 2013 ; Lingam & Loeb 2020b ).
2. Abundancia
Considere el sistema solar, que en este momento alberga solo un planeta con firmas biológicas observables ⁶de forma remota (al menos, cualquiera que sea obviamente discernible), pero tiene cuatro planetas principales con firmas tecnológicas potencialmente detectables. Además de la Tierra, Júpiter y Venus están orbitados por sondas que transmiten activamente ondas de radio, y Marte alberga varios orbitadores, módulos de aterrizaje y rovers.
Por lo tanto, en nuestro sistema solar, tenemos N(bio) = 1, N(tecnología) = 4. Las firmas tecnológicas de radio de estos otros planetas son obviamente débiles en este momento, pero la fuerza de tales firmas tecnológicas aumentará en el futuro cuando se intensifique la exploración espacial de estos planetas. Hay planes sustanciales para aumentar la presencia de la humanidad en Marte, e independientemente de si toma décadas o milenios para realizar esas visiones, puede ser razonable esperar que Marte en algún momento tenga una radio fuerte y detectable de forma remota y otras firmas tecnológicas mientras aún carece de una conspicua biosfera autóctona y sus biofirmas concomitantes.
Mirando más allá, no hay ninguna razón por la que los humanos del futuro o una especie alienígena no puedan elegir usar algunos mundos inhabitables como sitios para tecnología significativa, ya sea para la industria, la generación de energía o incluso el procesamiento de desechos, creando "tecnosferas" enteras espacialmente independientes de la biosfera que los engendró. Estos "mundos de servicios", descritos por M. Lingam et al. (2022, en preparación), podrían no albergar ninguna biología en absoluto y podrían superar en número a los sitios de biología de sus especies de origen.
Tampoco hay razón para pensar que la vida tecnológica en la galaxia no puede extenderse más allá de su sistema planetario de origen (ver Mamikunian & Briggs 1965 ; Drake 1980 ). Si bien los vuelos espaciales interestelares del tipo necesario para establecer un sistema estelar cercano están más allá de las capacidades actuales de la humanidad, el problema se está considerando seriamente ahora y no existen obstáculos físicos o de ingeniería reales para que tal cosa suceda (p. ej., Mauldin 1992; Ashworth 2012 ) . ; Lingam & Loeb 2021 ). Incluso si no podemos imaginar que le suceda a los humanos en un futuro cercano, no es difícil imaginar que suceda en, digamos, 10,000 o 100,000 años. Muchos (p. ej., Purcell 1980) han argumentado que tal viaje es improbable porque, aunque no es imposible, ciertamente parece difícil, y por lo tanto las transmisiones de radio son una forma de contacto más probable y eficiente desde el punto de vista energético. Pero las dos no son actividades mutuamente excluyentes, y la energía no es tan desalentadora como podría parecer a primera vista: Hansen & Zuckerman ( 2021 ) muestran que hay episodios de encuentros cercanos entre estrellas que pueden reducir los costos de lanzamiento en un orden de magnitud por debajo de su valores medios, y Carroll-Nellenback et al. ( 2019 ) muestran que tales encuentros cercanos pueden impulsar un asentamiento eficiente de la galaxia incluso para naves lentas de corto alcance.
Por lo tanto, la idea de que tal expansión ocurriría no es escandalosa; de hecho, se encuentra en el corazón mismo de la paradoja de Fermi, que supone que la vida tecnológica se extenderá por toda la galaxia (Hart 1975; Tipler 1980 ; Gray 2015) [10]. Debido a que el tiempo que le tomaría incluso a las naves lentas cruzar la galaxia es pequeño en comparación con su edad, una especie que se asienta ha tenido mucho tiempo para asentarse en todas las estrellas de la galaxia. Carroll-Nellenback et al. ( 2019) y otros allí citados han demostrado que existe una amplia gama de parámetros de asentamiento bastante conservadores (p. ej., lanzamientos muy infrecuentes de naves que solo son capaces de alcanzar las estrellas más cercanas) que conducen al crecimiento exponencial del número de asentamientos, limitado únicamente por la número de estrellas adecuadas.
Si tal dispersión es común, entonces la ecuación de Drake debe subestimar N (tecnología) por un factor muy grande, potencialmente hasta del orden de $10^{10}$ en algunos escenarios extremos. De hecho, la idea de incluir un factor de dispersión en la ecuación de Drake ha sido sugerida por muchos autores (ver, por ejemplo, Walters et al. 1980 ; Prantzos 2013 ).
¿Se aplica la misma lógica a N(bio)? Si la pregunta se plantea puramente en términos de vida no tecnológica, entonces la respuesta parecería ser "no", a menos que el transporte interestelar de vida sea altamente efectivo (p. ej., Crick & Orgel 1973; Napier 2004; Grimaldi et al. 2021 ; Lingam et al . . 2022 ). Además, sin embargo, N(bio) debe incluir firmas biológicas derivadas de biosferas que han sido diseñadas deliberadamente para ser habitadas, por ejemplo, planetas que han sido "terraformados".
Tal difusión de firmas biológicas es plausiblemente un evento mucho más raro que la difusión de firmas tecnológicas; el problema de cómo hacer que los robots y las máquinas autorreplicantes establezcan un sistema estelar cercano probablemente sería más fácil de resolver que el problema de cómo enviar una nave tripulada porque uno no necesita preocuparse por la seguridad y el soporte vital de la tripulación durante el viaje ( Freitas 1980 ; Tipler 1980 ; Borgue & Hein 2021 ). Sin embargo, este caso puede estar exagerado en la actualidad. La propagación de la vida no necesita invocar enormes "naves generacionales" (Hein et al. 2012) o impulsos warp: se pueden imaginar muchas soluciones a las dificultades del larguísimo viaje entre estrellas. Por ejemplo, uno podría imaginar la criostasis o incluso la regeneración de la vida "desde cero" mediante el uso de óvulos artificiales y secuencias de ADN almacenadas en la memoria de la computadora (p. ej., Freitas 1983; Crowl et al. 2012; Hippke et al . 2018 ; Edwards 2021), y Hansen & Zuckerman (2021) discuten cómo los movimientos estelares significan que, ocasionalmente, tales viajes pueden ser bastante cortos. Independientemente, una vez que llegue a un nuevo hogar, es casi seguro que esa vida creará firmas tecnológicas (porque usó tecnología para llegar allí), y una fracción de ellas también puede eventualmente dar lugar a una nueva biosfera.
Finalmente, y quizás lo más importante para el tema de la abundancia, uno puede tener muchos más sitios de tecnología que tecnosferas, porque una tecnosfera puede producir miríadas de firmas tecnológicas que se esparcen por el espacio. Un ejemplo simple ya planteado es el lanzamiento de naves interestelares para cualquier propósito, ya sea para asentamientos, estudios científicos, simplemente comercio, o cualquier otra cosa. En una nota relacionada, las sondas autorreplicantes ya no están muy alejadas de las capacidades tecnológicas de los humanos (Borgue & Hein 2021). Uno puede, por lo tanto, imaginar un solo ejemplo de vida tecnológica que produzca un solo ejemplo de una tecnosfera, la cual, no obstante, produciría un número arbitrario de tecnofirmas distribuidas a través del espacio interestelar. En términos de la ecuación de Drake, podríamos escribir eso como ft ≫ 1.
Por lo tanto, mientras que la ecuación de Drake puede subestimar N(bio) hasta cierto punto, existen razones inherentes a la tecnología que nos permiten argumentar que el grado de subestimación concomitante será mucho mayor para N (tecnología), por factores potencialmente enormes.
3. Longevidad
El siguiente lugar donde la ecuación de Drake implica valores bajos de N(tecnología) / N(bio) es $L_t $, que uno podría pensar que debe ser mucho más pequeño que $L_b$ . En particular, $L_b$ para la Tierra es del orden de 4 Gyr, y $L_t$ parece ser del orden de décadas a milenios, según las firmas tecnológicas humanas. También se ha derramado mucha tinta atando la $L_t$ en la ecuación de Drake a los temores de las catástrofes humanas, por ejemplo, de la guerra nuclear o biológica o el cambio climático, y argumentar que sería optimista pensar que podrían ser órdenes de magnitud mayores a mil años más o menos; de hecho, estos argumentos son tan antiguos como la propia ecuación de Drake (p. ej., Drake 1965 ; Mamikunian & Briggs 1965 ; Shklovskiĭ & Sagan 1966 ; Gott 1993 ; Charbonneau 2001 ).
Pero hay al menos cinco razones sólidas para pensar que $L_t$ podría ser mayor que $L_b$ .
3.1. La humanidad puede ser una mala guía para L t
Incluso si elegimos centrarnos solo en la vida tecnológica y las tecnoesferas que crean, debemos tener cuidado con el antropocentrismo, que es una de las trampas más difíciles de escapar en la teoría de las búsquedas de firmas tecnológicas. La humanidad es el único ejemplo que tenemos del tipo de especie que buscamos detectar a través de firmas tecnológicas, por lo que es un punto de datos esencial y engañoso.
Una crítica de este enfoque a las búsquedas de firmas tecnológicas es que busca firmas tecnológicas del tipo que la humanidad crea en este momento, ignorando que otras sociedades podrían desarrollar tecnologías y comportamientos radicalmente diferentes a los que tenemos (ver Denning 2011), especialmente si lo han estado haciendo por mucho más tiempo que los humanos. Y, de hecho, deberíamos evitar proyectar valores y tendencias humanos (o lo que imaginamos que son los valores y tendencias humanos) en especies exóticas (p. ej., Rubin 2001). Pero esta crítica es igualmente cierta cuando se asignan valores pequeños a $L_t$ porque uno es pesimista sobre el futuro de la humanidad. En realidad, es probable que exista una amplia distribución de valores para $L_t$ para especies exóticas, incluidos valores muy elevados para algunas de ellas (Kipping et al. 2020 ; Balbi & Ćirković 2021).
En resumen, no hay razón para pensar que el valor de la humanidad para $L_t$ será característico de sociedades alienígenas, que de todos modos presumiblemente ocupan un amplio rango, y cuya media puede ser impulsada por una cola larga hacia valores grandes (por ejemplo, Shklovskiĭ & Sagan 1966).
3.2. No podemos usar el pasado para predecir $L_t $ para el futuro de la Tierra
Incluso si elegimos basar nuestras expectativas de $L_t$ en la humanidad, porque es, después de todo, el único ejemplo que tenemos, aún debemos ser escépticos de que $L_t$ ≪ $L_b$ porque esta intuición se basa solo en el pasado de la Tierra, que puede ser una mala guía para el futuro donde la tecnología está involucrada.
El impacto de la humanidad en muchos de los procesos geológicos y biológicos de la Tierra ha sido profundo, y algunos han sugerido que el surgimiento de la tecnología en realidad presagia un nuevo estado de la Tierra que persistirá tanto tiempo como la Tierra (Baum et al. 2019) ; véase, por ejemplo, la Era Sapiezoica (Grinspoon 2019) o la Tierra como planeta Clase v (Frank et al. 2018). Por supuesto, cambios tan profundos podrían ser autolimitantes, ya que la humanidad puede enfrentar graves riesgos catastróficos globales (Bostrom y Cirkovic 2008) o riesgos existenciales (Bostrom 2002) que podrían impedir un futuro sostenible a largo plazo. Ejemplos de tales amenazas autolimitantes incluyen el cambio climático, la guerra nuclear y las pandemias.
Pero, como señala Drake (1965), a menos que tal catástrofe sea apocalíptica, no necesariamente acabará con nuestras firmas tecnológicas. El colapso de las civilizaciones e incluso la devastación ecológica generalizada serían sin duda profundamente terribles, pero a menos que resulten en la extinción humana, la humanidad podría recuperarse eventualmente, aunque las consecuencias ecológicas podrían extenderse a millones de años (Myers & Knoll 2001) . Posiblemente, los eventos catastróficos conducen a escenarios en los que la pérdida de infraestructura, conocimiento y recursos es tan grande que la recuperación de tecnología a gran escala es imposible (Baum et al. 2013) . Pero incluso entonces, lo que los humanos han desarrollado una vez, podrían desarrollarlo de nuevo, incluso desde cero. [11]
E incluso frente a una catástrofe, la humanidad puede retener gran parte de su conocimiento y suficiente infraestructura para poder recuperar rápidamente cualquier tecnología perdida, por ejemplo, estableciendo refugios. En otras palabras, los plazos para la catástrofe y la recuperación resultante pueden ser breves en comparación con el futuro de la habitabilidad de la Tierra, por lo que, si bien tales catástrofes pueden reducir el ciclo de trabajo durante el cual nuestras firmas tecnológicas son detectables, no necesariamente presentan un límite superior estricto para $L_t$ .
Del mismo modo, la humanidad es la primera especie en la Tierra que puede evitar su propia extinción con tecnología, por ejemplo, desviando asteroides, deteniendo o mitigando pandemias, o construyendo asentamientos de "botes salvavidas" en otras partes del sistema solar o más allá (Baum et al. 2015 ; Turchin & Green 2017; Turchin & Denkenberger 2018). Esto significa que el límite superior de supervivencia de nuestra tecnología es esencialmente ilimitado en teoría, incluso frente a catástrofes naturales inevitables. Además de estos ejemplos modernos, los análogos de la Tierra de la historia humana nos enseñan que un cambio tecnológico hacia abajo, volverse menos tecnológico temporalmente hasta que las circunstancias mejoren, es una adaptación común y saludable a la catástrofe en la historia humana y que la tecnología y la longevidad están de esta manera inextricablemente vinculadas. (Denning 2011).
Además, $L_b$ en el pasado es del orden de unos pocos gigaaños, pero el futuro de la Tierra probablemente tenga ≲1 Gyr de habitabilidad (Caldeira & Kasting 1992 ; Wolf & Toon 2015 ; Ozaki & Reinhard 2021), poniendo un límite estricto a $L_b$ . Las firmas tecnológicas de la Tierra, sin embargo, no tienen tales límites, excepto los establecidos por los procesos geológicos sobre la funcionalidad, ya que incluso una Tierra inhabitable aún puede albergar tecnología (como lo hace Marte). De hecho, considerando el sistema solar como un todo, no hay razón para que la tecnología no pueda existir durante varios gigaaños, lo que significa que es plausible que $L_t$ > $L_b$ pueda lograrse para el sistema solar.
En resumen, nuestras expectativas son que $L_t$ ≪ $L_b$ no debe basarse en el pasado de la Tierra sino en su futuro y que la distribución de probabilidad de $L_t$ / $L_b$ en este futuro, incluso para la tecnología humana, tiene una cola larga que se extiende a valores grandes.
3.3. Otras especies y $L_t$ para la vida terrestre
Incluso si aceptamos que la vida en la Tierra es una buena guía para la vida extraterrestre y que el futuro de la humanidad es corto, aún podemos argumentar que $L_t$ podría ser bastante grande porque la Tierra tiene una posibilidad plausible de dar lugar a otra especie tecnológica después de la extinción de la humanidad (Drake 1965 , página 328); ver, sin embargo, Timmis & Hallsworth (2022). Después de todo, algunos de los rasgos más llamativos de nuestra especie son únicos en el mundo animal: la inteligencia, el uso de herramientas, la comunicación y el comportamiento social son todos comunes (como se revisa en Lingam & Loeb 2021, Capítulo 3). Dado que ya sucedió (al menos) una vez, no hay razón inexorable para pensar que mientras exista vida animal, otra especie no puede desarrollar una sociedad tecnológica aún más duradera. La probabilidad real de tal segunda evolución de la tecnología, por supuesto, depende en gran medida del alcance del evento de extinción particular y de si la evolución de la inteligencia tecnológica es "favorecida" por la evolución (ver Powell 2020 ) .
El pesimismo sobre el futuro de la humanidad no es suficiente para argumentar que $L_t$ para la Tierra es corto, especialmente si uno cree que nuestra propensión a la autodestrucción o la degradación ambiental es un fracaso particularmente humano.
3.4. No conocemos $L_t$ para el pasado de la Tierra
De manera similar, si aceptamos que otras especies terrestres podrían ser capaces de tecnología, entonces ni siquiera podemos usar el pasado de la Tierra para restringir $L_t$ empíricamente porque no lo sabemos. Nuestra suposición de que $L_t$ ≪ $L_b$ generalmente se basa en lo que creemos que sabemos sobre la Tierra, es decir, que las firmas tecnológicas detectables remotamente en la Tierra solo han existido durante décadas o, con optimismo, quizás en los milenios desde que los humanos desarrollaron la agricultura, es decir, $\frac{L_t}{L_b}\sim 10^{-7}\;10^{-6}$ .
Esta suposición parece bien justificada, pero un pequeño examen revela que en realidad tenemos muy poco en qué basarnos. Schmidt & Frank (2019) demostraron que, si bien el impacto de la humanidad en el registro geológico (que marca la época del Antropoceno) será indeleble, el hecho de que se deba a la tecnología será imperceptible en una escala de tiempo de millones de años. Es decir, el Antropoceno será obvio en escalas de tiempo geológicas como un evento importante en el pasado de la Tierra, pero habrá poca o ninguna evidencia de que fue el resultado de la tecnología, en lugar de ser un fenómeno puramente natural. La implicación es que si ha habido episodios previos de vida tecnológica en la Tierra, no lo sabríamos.
Entonces, mientras que el pasado de la Tierra ciertamente enseña que $L_t$ < $L_b$ , la magnitud de la diferencia fácilmente podría ser mucho menor de lo que podríamos suponer. Si ha habido decenas de millones de años de tecnología anterior, y si esta tecnología pudiera ser posiblemente detectable a distancias interestelares, entonces $\frac{L_t}{L_b}\sim 10^{-2}$ . Simplemente no lo sabemos.
Para resumir la Sección 3 hasta ahora, usar la Tierra como guía para nuestras expectativas de $L_t$ / $L_b$ probablemente no sea confiable porque no conocemos $L_t$ del pasado de la Tierra; incluso si lo hiciéramos, no deberíamos usarlo para predecir $L_t$ para el futuro de la Tierra, e incluso si lo hiciéramos, no deberíamos esperar que la Tierra sea una buena guía para la vida extraterrestre, e incluso si lo hiciéramos, deberíamos esperar una amplia distribución de longevidades entre especies exóticas.
3.5. Las tecnologías y las firmas tecnológicas pueden durar más que la vida tecnológica
Una característica adicional de la tecnología es que puede ser lo suficientemente robusta como para sobrevivir a sus creadores e incluso a las condiciones de la biología en los planetas que la crearon. Otra diferencia importante entre la tecnología y la biología es que, si bien no esperaríamos que las biofirmas sobrevivieran al final de su biosfera, no podemos decir lo mismo de las tecnofirmas.
Para dar solo un ejemplo, si una fracción de un planeta estuviera cubierta con colectores solares (Lingam & Loeb 2017), entonces la firma tecnológica asociada en forma de una huella espectral de reflectancia podría sobrevivir mucho después de que sus creadores o incluso toda la biosfera terminaran. Si los colectores solares se colocaran en un mundo deshabitado, como una luna o un planeta sin aire, la escala de tiempo asociada con la persistencia de estas firmas tecnológicas podría llegar a los cientos de millones de años. Además, la automatización y la inteligencia artificial implican que las tecnologías asociadas con las tecnosferas planetarias o que sobreviven en el espacio pueden persistir en un estado funcional mucho después de que la vida tecnológica que las creó deje de existir. Es plausible, por ejemplo, que la tecnología en el espacio (incluso si ya no existe) pueda sobrevivir durante largos períodos de tiempo, y se han propuesto búsquedas de tales firmas tecnológicas (Holmes 1991 ; Carrigan2010 ).
4. Detectabilidad
Hay una fuerza máxima de cualquier firma biológica exoplanetaria: la vida en otro planeta no puede modificar un espacio más grande que su propia biosfera, es decir, salvo mecanismos no probados que podrían mover la vida microbiana entre los planetas. Por lo general, la vida tampoco parece concentrarse ni irradiar energía o concentrarla de manera temporal o espectral (ver Raup 1992), lo que implica que solo puede detectarse pasivamente en exoplanetas, por ejemplo, a través de gases atmosféricos o espectros de reflexión superficial.
Las firmas tecnológicas, por el contrario, esencialmente no tienen un límite superior para su detectabilidad. Kardashev (1964) esbozó una famosa escala que abarca más de 20 órdenes de magnitud de cantidades potenciales de energía disponible para la manipulación tecnológica, desde el suministro de energía actual de la humanidad hasta la luminosidad estelar total de una galaxia.
De hecho, las firmas tecnológicas de la humanidad ya están a la par en fuerza con las firmas biológicas de la Tierra y pueden incluso superarlas en detectabilidad a distancias interestelares. La humanidad actualmente no tiene la tecnología para detectar la mayoría de las firmas biológicas de la Tierra si se ven desde la distancia de, digamos, α Centauri. Incluso no está claro si el telescopio espacial James Webb (JWST) proporcionará esa capacidad, aunque puede detectar posibles firmas biológicas en los planetas TRAPPIST-1 (Lincowski et al. 2018; Fauchez et al. 2019; Lustig- Yaeger et al 2019).
Por otro lado, cuando esté completo, el Square Kilometre Array (SKA) puede ser lo suficientemente sensible como para detectar la vibración combinada de nuestro avión y otros radares en unos pocos parsecs (ver Loeb & Zaldarriaga 2007; Forgan & Nichol 2011) . Kopparapu et al. (2021) mostró que LUVOIR podría detectar $NO_x$ en un planeta similar a la Tierra a 10 pc, en principio. Además, Haqq-Misra et al. (2021, presentado) estimó que algunos clorofluorocarbonos podrían detectarse, si están presentes, en TRAPPIST-1e con JWST, en principio.
Entonces, si bien no está claro cuál sería más detectable en el planeta de origen de una supuesta especie tecnológica, la lección de la Tierra es que las firmas biológicas y las firmas tecnológicas pueden tener fortalezas bastante similares [12]. Tampoco es irrazonable argumentar que, para una sociedad más antigua con más tiempo para que su tecnología haya crecido, las firmas tecnológicas podrían ser mucho más fuertes y, por lo tanto, tener ventaja. Y en los "mundos de servicio" previamente esbozados y otros lugares donde la tecnología se ha extendido, esperaríamos que las firmas tecnológicas fueran completamente dominantes.
En general, la lección de la Tierra es que esperamos que las firmas tecnológicas sean al menos tan detectables, y potencialmente mucho más, que las firmas biológicas en cualquier planeta con una especie tecnológica.
5. Ambigüedad
La ambigüedad es un problema importante con las búsquedas de biofirmas y tecnofirmas. Esto se presenta de dos formas: ambigüedad en la naturaleza de una detección (p. ej., ¿esta firma espectral es realmente metano/fosfina/NOx ?) y ambigüedad en el significado de la detección (p. ej., ¿podrían esas especies ser abiogénicas?).
Las firmas tecnológicas, sin embargo, ofrecen al menos el potencial de una completa falta de ambigüedad (p. ej., Margot et al. 2019 ). Una señal de radio de banda estrecha (del orden de ∼Hertz ancho espectral) solo puede ser tecnológica (p. ej., Tarter 2001). De hecho, la única ambigüedad proviene de identificar la fuente de la tecnología porque podría ser humana, como suele ser el caso con las detecciones en radio SETI (ver el ejemplo reciente de Sheikh et al. 2021) . El caso de un gas artificial podría ser un poco más ambiguo porque la biología exótica podría crear especies que consideramos puramente artificiales, pero los principales factores de confusión son las fuentes biogénicas, lo que sigue siendo una "ganancia" para la astrobiología.
Otras firmas tecnológicas, como el calor residual de la industria, tienen muchos factores de confusión astrofísicos y, por lo tanto, son muy ambiguas, pero ese también es el caso de muchas firmas biológicas. Una posible solución en estos casos es buscar otras firmas tecnológicas potenciales (que incluyen "constelaciones") que podrían aumentar nuestra confianza y generar una comprensión contextual de la detección, en lugar de confiar en una sola característica observada en una longitud de onda determinada. Se adoptan estrategias similares para detectar biofirmas de forma remota en exoplanetas, donde se utilizan múltiples gases producidos biológicamente ("flujos" de gases) para obtener una comprensión del entorno planetario en el que se realizarían tales detecciones (Catling et al. 2018; Schwieterman et al . 2018).
Finalmente, tanto para las firmas biológicas como para las firmas tecnológicas, es posible que no reconozcamos lo que estamos viendo porque es muy inesperado y, por lo tanto, podemos confundirlo con un fenómeno extraño, natural y puramente abiogénico. Entonces, en general, no está claro si las biofirmas o las tecnofirmas serían más ambiguas porque dependerá en gran medida de qué firma o colección de firmas se esté considerando, pero existen al menos algunas tecnofirmas para las cuales la ambigüedad simplemente no es un problema.
6. Discusión y Conclusiones
Hemos revisado cuatro formas de evaluar la prevalencia relativa y las características de detectabilidad de las biofirmas y las tecnofirmas en la búsqueda de vida en el universo y descubrimos que en todos los casos no está claro cuál de los dos sería más fuerte y que las tecnofirmas tienen un techo más alto.
Las razones principales en los dos primeros casos están relacionadas con las suposiciones integradas en la ecuación de Drake, a saber, que la vida se queda y dura solo lo que dura su biosfera. Para decirlo de otra manera, podemos afirmar que la vida y la tecnología tienen trayectorias evolutivas relacionadas pero potencialmente independientes. Alternativamente, la biología, que da lugar a firmas biológicas en una biosfera, tiene limitaciones espaciales y temporales diferentes a las de la tecnología, que da lugar a firmas tecnológicas tanto dentro como fuera de una tecnosfera.
Esto significa que, si bien la aparición de biofirmas y tecnofirmas en un planeta puede verse como aspectos complementarios del mismo problema, sus trayectorias evolutivas no tienen por qué ser coextensivas para siempre. Los procesos que producen biofirmas y los que producen tecnofirmas pueden comenzar a compartir el mismo planeta con cierta distribución y fuerza. Pero con el tiempo, su distribución y fuerza pueden divergir en órdenes de magnitud. A medida que madura el campo de la búsqueda de firmas tecnológicas, desarrollamos nuevas consideraciones sobre las formas que pueden tomar tales divergencias (p. ej., Bradbury et al. 2011 ; Wright 2017 ; Lingam & Loeb 2019 ; Balbi & Ćirković 2021 ; Wright 2021). Estas nuevas teorías ofrecen información sobre las posibilidades de vida en el universo, así como una oportunidad para reevaluar los antecedentes en términos de estrategias de búsqueda de biofirmas y tecnofirmas.
Debido a que la ecuación de Drake asume implícitamente que la tecnología sigue una trayectoria evolutiva similar a la biológica, es posible que no represente con precisión la prevalencia de firmas tecnológicas detectables. En otras palabras, ignora la posibilidad muy real de que la vida tecnológica pueda propagarse eficientemente (Walters et al. 1980). En particular, si bien una aplicación ingenua de este formalismo podría argumentar que hay muchos más sitios de firmas biológicas que firmas tecnológicas, la difusión de la tecnología podría implicar razonablemente que la cantidad de sitios de firmas tecnológicas podría ser mayor que la de firmas biológicas, potencialmente por un factor de tanto como > $10^{10}$ si la galaxia estuviera virtualmente llena de tecnología.
En el caso de la longevidad, la historia de la tecnología en la Tierra (o, más bien, nuestra percepción de esa historia) no es necesariamente una buena guía para el futuro de la tecnología en la Tierra y puede que ni siquiera sea pertinente para la longevidad de la tecnología en otras partes de la galaxia. Además, no hay ninguna razón incontrovertible por la que la tecnología no pueda sobrevivir mucho más que su especie progenitora o incluso su biosfera progenitora. Combinado con nuestros argumentos de abundancia anteriores, esto aumenta el valor máximo de la cantidad de sitios actuales de tecnofirmas para que sea muchas veces mayor que la cantidad de sitios de biofirmas, potencialmente en muchos órdenes de magnitud.
En el caso de la fuerza de detección, argumentamos que el caso es más o menos un empate para las biofirmas y las tecnofirmas en la Tierra y el sistema solar actuales y que en el futuro, las tecnofirmas muy bien pueden alcanzar la presencia más obvia. Según este razonamiento, deberíamos esperar que se encuentre una cola muy larga que se extienda a firmas tecnológicas muy fuertes, quizás asociadas con especies tecnológicas de larga vida, para las cuales la probabilidad de contacto es mayor (Kipping et al. 2020; Balbi & Ćirković 2021 ) . Por último, en el caso de la ambigüedad, hemos argumentado que el caso nuevamente no es peor que un empate, con ciertas firmas tecnológicas que son significativamente menos ambiguas que cualquier biofirma conocida.
Por lo tanto, tiene sentido que los esfuerzos colectivos de los astrobiólogos se esfuercen por incluir búsquedas vigorosas tanto de tecnofirmas como de biofirmas porque ninguna es claramente el objetivo de búsqueda superior. Otra conclusión es que las dos comunidades tienen mucho que ganar con la fertilización cruzada del tipo que hemos intentado aquí.
Por ejemplo, la comunidad de búsqueda de biofirmas está desarrollando muchos marcos maduros para diseñar e interpretar los resultados de los experimentos de detección de vida, incluido el desarrollo y la selección de buenas biofirmas para buscar, criterios de selección y priorización de listas de objetivos, y marcos para determinar la confianza de detección y manejo de la ambigüedad (Neveu et al. 2018 ; Stark et al. 2019 ; Truitt et al. 2020 ; Tuchow & Wright 2020 ; Green et al. 2021 ; Tuchow & Wright 2021 para dar algunos ejemplos recientes además de las referencias en la Sección 1).
En muchos casos, como los que hemos presentado aquí, existe un estado de la técnica sustancial en la comunidad SETI y, de hecho, ambas comunidades están involucradas en problemas similares y, a menudo, han llegado a conclusiones similares desde diferentes direcciones. Ambas comunidades se beneficiarían de los análisis comparativos del tipo que hemos realizado aquí y de más esfuerzos de colaboración e integración de ideas.
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Notas al pie
[9] Los "Nueve ejes de mérito para las búsquedas de firmas tecnológicas" (Sheikh 2020) proporcionan un marco para una comparación similar dentro del campo de las firmas tecnológicas. "Abundancia" aquí se asigna libremente al eje "Inevitabilidad" en ese trabajo, y "Longevidad" aquí al eje "Duración", mientras que "Detectabilidad" y "Ambigüedad" son más directamente comparables.
[10] De hecho, Hart y Tipler tomaron el extremo opuesto, argumentando que la difusión sería tan extensa que sería demasiado obvio para ignorarla y, por lo tanto, nunca sucedió. Véanse las referencias en Carroll-Nellenback et al. (2019) para muchos ejemplos de refutaciones a este razonamiento.
[11] Sin embargo, el desarrollo subsiguiente de la tecnología generalizada podría verse afectado por la vida tecnológica anterior que agota los recursos fácilmente accesibles de un planeta, si las escalas de tiempo de desarrollo y reposición de recursos son comparables.
[12] Las firmas tecnológicas intencionales (como el mensaje de Arecibo), que no hemos descrito, son detectables por tecnología aproximadamente al nivel de la Tierra en distancias mucho mayores del orden de 1 kpc (Tarter 2001), pero son extremadamente intermitentes y de banda estrecha, por lo que tal vez menos detectables que nuestro firmas biológicas en ese sentido específico.
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