De jarenlange zoektocht naar nieuwe invullingen van de Drake-vergelijking

Astronoom Frank Drake bedacht zijn beroemde vergelijking toen hij zich in 1961 voorbereidde op een ingelaste vergadering. De formule ligt nog steeds aan de basis van de speurtocht naar buitenaardse intelligentie.

Door Nadia Drake
Gepubliceerd 2 dec. 2021 14:42 CET
Frank Drake staat voor een whiteboard met zijn gelijknamige vergelijking, die een schatting geeft van het ...

Frank Drake staat voor een whiteboard met zijn gelijknamige vergelijking, die een schatting geeft van het aantal detecteerbare buitenaardse beschavingen in het Melkwegstelsel.

Courtesy of SETI Insitute

‘Pa, had je ooit gedacht dat jouw formule zó beroemd zou worden?’ vraag ik de vriendelijk ogende, 91-jarige die naast me op de veranda zat.

Mijn vader, Frank Drake, zwijgt een tijdje. Misschien denkt hij terug aan die novemberdag, zestig jaar geleden, toen hij een vergelijking op een stukje papier krabbelde die een van de pijlers zou worden waarop sindsdien de speurtocht naar intelligent leven in het heelal rust. Misschien ook luistert hij gewoon naar het gekras van westelijke struikgaaien en het gekwetter van spechten in de bomen, als een bevestiging van het feit dat lawaaiige levensvormen op tenminste één plek in de kosmos gedijen.

‘Nee,’ doorbreekt mijn vader het zwijgen. ‘Ik had nooit gedacht dat de formule zó algemeen bekend zou worden. Ik verwachtte ook dat er veranderingen in aangebracht zouden worden, maar dat is niet gebeurd.’

De ‘Vergelijking van Drake’ is een formule die een wetenschappelijk raamwerk creëert voor al diegenen die op zoek zijn naar intelligent leven buiten onze planeet. Op basis van een reeks variabelen stelt de vergelijking wetenschappers in staat om het aantal waarneembare buitenaardse beschavingen te berekenen dat in ons sterrenstelsel, de Melkweg, aanwezig zou kunnen zijn.

De formule is uitgegroeid tot een van de bekendste vergelijkingen in de wetenschap. Hij wordt veel als tatoeage gebruikt. Het is een biermerk. Hij staat op de zijkant van bestelbusjes. De logica ervan is op talloze andere terreinen toegepast en gepersifleerd in spotprenten over dating of schattingen van het aantal plausibele UFO-waarnemingen.

Talloze wetenschappers baseren zich in hun werk nog altijd op de vergelijking, en de nieuwste ontdekkingen over planeten in en buiten ons zonnestelsel helpen wetenschappers om nieuwe waarden voor de variabelen van de formule te vinden. Het is een opmerkelijke erfenis als je bedenkt dat Drake de vergelijking in 1961 haastig op een stuk papier krabbelde toen hij bezig was een vergadering te organiseren.

‘Het was de beste ijsbreker ooit,’ zegt astrobioloog David Grinspoon van het Planetary Science Institute. ‘Hij wilde het gesprek op gang brengen, en hij is daar zó goed in geslaagd dat die conversatie tot op heden voortduurt.’

Dromen van aliens

Mijn vader begon zich voor het eerst af te vragen of de mens alleen in het heelal is toen hij in de jaren dertig in Chicago opgroeide en zijn vader op een dag hoorde zeggen ‘dat er nog andere werelden zijn,’ ergens in het heelal.

Mijn opa had het over de andere planeten in het zonnestelsel – de enige die de mens destijds bekend waren – maar de 8-jarige Frank wist dat niet. ‘Andere werelden’ betekenden voor hem ‘werelden als de aarde,’ waar slimme, exotische wezens woonden die hun aanwezigheid misschien kenbaar konden maken door signalen de kosmos in te sturen. Dat idee inspireerde mijn vader, en hij begon na te denken over manieren om zulke werelden te detecteren.

‘Het detecteren van de aanwezigheid van intelligente en bewuste wezens – dat zou enorm spannend zijn,’ zegt mijn vader. ‘Ik vraag me af hoe wijdverbreid die mogelijkheid in het universum is.’

Als jongeman behoorde mijn vader tot de zeer weinige wetenschappers die de speurtocht naar intelligent buitenaards leven serieus namen. In 1960 kreeg hij zijn eerste kans om naar mogelijke buitenaardse signalen te zoeken in de maalstroom van radiogolven die de Melkweg doorkruisen. Hij ontwierp een experiment voor het oppikken van signalen van mogelijke beschavingen op exoplaneten die rond twee naburige sterren van hetzelfde type als onze zon draaien: Tau Ceti en Epsilon Eridani. Hij noemde het experiment ‘Project Ozma’ en richtte drie maanden lang de grote Tatel Telescope van het Green Bank Observatory op de twee sterren. Destijds was niet bekend dat er exoplaneten rond deze sterren cirkelden, maar bijna een halve eeuw later werden rond beide sterren inderdaad exoplaneten ontdekt.

De twee sterren leverden geen signalen op, maar Project Ozma wekte zóveel interesse dat de National Academy of Sciences mijn vader in 1961 vroeg om in Green Bank, West Virginia, een bijeenkomst te beleggen waarop de wetenschappelijke speurtocht naar intelligent buitenaards leven (in het Engels SETI genoemd: ‘Search for Extra-Terrestrial Intelligence’) zou worden besproken. Hij mocht uitnodigen wie hij wilde, zeiden ze, en de vergadering naar eigen inzicht opzetten.

Mijn vader, de eerste die met behulp van een moderne radiotelescoop naar buitenaards leven had gezocht, moest een manier bedenken om een groep toonaangevende wetenschappers een duidelijk omschrijving te geven van de speurtocht naar buitenaardse intelligentie en de zin ervan duidelijk te maken.

Het begin van SETI

Mijn vader nodigde ruim tien wetenschappers uit, onder wie de astronoom Carl Sagan, die destijds net zijn promotieonderzoek had afgerond; Philip Morrison, die aan het Manhattan Project (de ontwikkeling van de eerste atoombom) had gewerkt en onafhankelijk van Drake een experiment voor de speurtocht naar buitenaards leven had bedacht; en de biochemicus Melvin Calvin, over wie het gerucht ging dat hij dat jaar weleens de Nobelprijs voor Scheikunde zou kunnen winnen.

Lees ook: Oude wiskunde onthult nieuwe geheimen over deze verleidelijke bloemen

Terwijl in de herfst van 1961 in Virginia de bladeren begonnen te vallen, realiseerde mijn vader zich dat hij geen idee had hoe hij de bijeenkomst moest opzetten, aangezien er gedurende meerdere dagen over een onderwerp zou worden gesproken dat door slechts een klein aantal wetenschappers serieus werd genomen. Al een paar maanden lang had Drake nagedacht over de verschillende factoren die van invloed zijn op onze capaciteit om eventuele levensvormen in de Melkweg waar te nemen, om te beginnen met het ‘geboortecijfer’ van nieuwe sterren waaromheen exoplaneten draaien. Drake meende dat al deze factoren op zichzelf een levendige discussie waard waren, dus zette hij ze op een rijtje – en besefte dat hij een plausibele vergelijking had gecreëerd (afhankelijk natuurlijk van de waarden die aan de verschillende variabelen worden toegekend).

“Het is een geweldige manier om ons gebrek aan kennis te organiseren,” zegt Jill Tarter van het SETI Institute, een van de pioniers op dit gebied.

Toen de vergadering op 1 november werd geopend, schreef mijn vader zijn nieuwe formule op het schoolbord in de hal van het observatorium, waarna hij en zijn collega’s gedurende de twee volgende dagen elk van de variabelen apart bespraken. Op de tweede dag werd er een pauze ingelast en was iedereen “ladderzat van de champagne,” zoals Sagan het zich later herinnerde, omdat Calvin inderdaad de Nobelprijs voor Scheikunde had gewonnen, voor zijn baanbrekende onderzoek naar fotosynthese.

Lees ook: NASA-sondes zouden aliens de weg naar de aarde kunnen wijzen

De vergelijking

Volgens mijn vader wordt aan alle variabelen in zijn formule evenveel gewicht toegekend. De vergelijking is louter opgebouwd uit variabelen in de eerste macht – zonder exponenten, logaritmen of ander ingewikkeld wiskundig gedoe.

Zijn vergelijking luidt als volgt:

N = Aantal waarneembare beschavingen in de Melkweg

R = Gemiddeld aantal sterren dat per jaar in de Melkweg wordt geboren

fp = Fractie van dat aantal sterren waaromheen exoplaneten draaien

ne = Gemiddeld aantal aardachtige exoplaneten per planetair stelsel

fi = Fractie van dat aantal exoplaneten waarop intelligente beschavingen ontstaan

fc = Fractie van dat aantal beschavingen waar zich communicatietechnologieën ontwikkelen

L = Gemiddelde levensduur van dat soort beschavingen, in jaren

Foto door National Geographic

Wie zijn eigen waarden (op basis van zijn eigen inschattingen) bij al deze variabelen invult en deze dan vermenigvuldigt, krijgt een schatting van het aantal waarneembare beschavingen in de Melkweg. Als ik mijn vader vraag welke waarde hijzelf voor N heeft gevonden, antwoordt hij dat het getal telkens verschuift als hij erover nadenkt. Maar in het algemeen ligt dat getal waarschijnlijk ‘ergens tussen de één en de één miljard,’ zegt hij enigszins schertsend, dus mogelijk rond de tienduizend.

Hoewel de vergelijking gewoon kan worden ‘uitgerekend’, was ze nooit bedoeld om heel concrete waarden op te leveren, zoals het beroemde E = mc2 uit Einsteins speciale relativiteitstheorie of de Tweede Wet van Newton, F = ma.

‘Men kan het hele onderzoeksgebied van SETI bekritiseren door de vergelijking te bekritiseren,’ zegt Jason Wright van de Pennsylvania State University. ‘Maar dat slaat nergens op. Frank heeft nooit beweerd dat het om een wiskundig precieze formule ging. De vergelijking wordt verkeerd begrepen en vaak misbruikt.’

Lees ook: Speurders naar buitenaards leven stuiten op mysterieus signaal

De formule is meer bedoeld als gedachtenexperiment: een plausibele inschatting en een kader waarin kan worden nagedacht over de mogelijkheden van buitenaards leven in de kosmos. Volgens Wright heeft mijn vader de variabelen heel zorgvuldig omschreven, zodat de formule antwoord zou geven op één specifieke vraag, namelijk hoeveel radiosignalen van buitenaardse beschavingen we zouden kunnen opvangen. De vergelijking berust volgens Wright op een aantal belangrijke vooronderstellingen, waaronder het idee dat beschavingen zich niet door het heelal verplaatsen maar op één locatie tot ontwikkeling komen.

In de loop der jaren hebben meerdere wetenschappers voorgesteld om ontbrekende variabelen aan de formule toe te voegen of de vergelijking als geheel aan te passen, maar volgens Grinspoon ging het daarbij om kleine aanpassingen aan de set van variabelen of om een ietwat andere vraagstelling dan die van Drake.

‘Ik heb heel wat pogingen voorbij zien komen om de Vergelijking van Drake te verbeteren of er kritiek op uit te oefenen, wat overigens zeer wordt gewaardeerd en heel interessant is, maar ik ben geen enkel argument of artikel tegengekomen dat de formule obsoleet heeft gemaakt,’ zegt hij. ‘De vergelijking heeft dus de tand des tijds doorstaan. Alle pogingen om haar te verbeteren, hebben de waarde ervan alleen maar bevestigd.’

Op zoek naar leven

Toen mijn vader zijn formule bedacht, kende hij bij benadering alleen de waarde voor één variabele: het gemiddelde tempo waarin nieuwe sterren in de Melkweg worden geboren. In het geval van sterren als onze zon gaat het dan om ongeveer één per jaar. Alle andere waarden waren een compleet raadsel.

In 1961 waren er geen planeten buiten ons zonnestelsel bekend, maar in de jaren negentig observeerden astronomen eindelijk de eerste exoplaneten in omloopbanen rond afgelegen sterren. Sindsdien hebben ‘planetenjagers’ duizenden exoplaneten in de Melkweg ontdekt. En met behulp van de gedetailleerde waarnemingen die in de laatste tien jaar zijn gedaan, kon de Kepler-missie van de NASA aantonen dat er gemiddeld genomen rond elke ster op z’n minst één planeet draait.

‘Wat betreft planeten zijn we sinds de vergelijking voortgeschreden van volstrekte onwetendheid naar een zeer aanzienlijke kennis,’ zegt Grinspoon. ‘Dat is een grote verschuiving.’

Die verre stersystemen lijken vaak helemaal niet op ons zonnestelsel, met gasreuzen die in een extreem krappe baan om hun zon draaien, planeten waarvan de omloopbaan over de polen van hun thuisster lopen, in plaats van over de evenaar ervan, en een veelheid van werelden die te klein zijn om in hun omloopbanen door telescopen te worden gespot.

Maar wat Kepler vorig jaar nog onthulde, was dat er heel veel potentieel levensvatbare werelden bestaan. Zo zou de Melkweg weleens driehonderd miljoen aardachtige exoplaneten kunnen bevatten, oftewel rotsachtige werelden die in een gematigde zone rond zonachtige sterren draaien. Dat aantal neemt nog toe als we de exoplaneten meerekenen die rond sterren draaien die niet op onze zon lijken en wordt nóg groter als we ook de manen rond die exoplaneten zouden meetellen.

We weten inmiddels dat ongeveer de helft van de planetaire stelsels die rond zonachtige sterren draaien, op z’n minst één potentieel levensvatbare planeet omvatten – en dat is nog een heel voorzichtige schatting.

Lees ook: Astronomen identificeren de sterren vanwaar aliens de aarde kunnen zien

Wetenschappers komen in hoog tempo de waarden voor de andere variabelen in de Vergelijking van Drake op het spoor. De NASA-rover Perseverance is momenteel op zoek naar sporen van levensvormen die lang geleden op Mars kunnen hebben bestaan. Binnenkort gaan ruimtevaartuigen op weg naar een handvol ijzige manen in het buitenste zonnestelsel, waar alle ingrediënten voor het leven zoals wij dat kennen, aanwezig lijken te zijn. En wetenschappers maken zich op om de atmosfeer van buitenaardse werelden te onderzoeken op moleculen die zouden kunnen wijzen op metabolische processen van aliens.

Deze insecten lijken op aliens!
De bidsprinkhanen lokken hun prooi snel in een hinderlaag.

Wetenschappers trachten ook signalen van buitenaardse technologieën op te vangen, zoals mijn vader lang geleden al met zijn Project Ozma probeerde. In plaats van uit te gaan van de fractie die in de vergelijking staat voor het aantal beschavingen dat ‘communicatietechnologieën’ ontwikkelt, richten veel SETI-wetenschappers zich nu op een bredere definitie van ‘communicatie’, waarbij alle signalen die op kunstmatige constructies van buitenaardse levensvormen wijzen, worden meegerekend, waaronder radiogolven, optische laserbundels en energiewinning op een planetaire of zelfs stellaire schaal.

Tarter heeft de volle bandbreedte van dit soort potentiële signalen samengevat met het begrip ‘technosignatures’ (‘technosignalen’). Volgens haar zal het detecteren van een technosignaal waarschijnlijk veel minder tweeslachtig zijn dan het lezen van sporen in buitenaardse atmosferen of het speuren naar gefossiliseerde microben. Nu een nieuwe generatie superkrachtige telescopen in gebruik wordt genomen, hopen Tarter en andere SETI-wetenschappers dat ze met behulp van machinaal lerende software bergen aan data kunnen afspeuren op afwijkende of ongebruikelijke meetgegevens en op die manier technosignalen zullen opsporen waarvan ze zich eerder geen voorstelling hadden kunnen maken.

‘We zouden totaal verrast kunnen worden door een toevallig bijproduct van een heel ander observatieprogramma,’ zegt Tarter.

Voor het invullen van die laatste paar variabelen – de fracties van het aantal werelden waarop leven, intelligente beschavingen en communicatietechnologie tot ontwikkeling komen – zal méér nodig zijn dan één enkele observatie. Net als in het geval van exoplaneten zullen er vele observaties nodig zijn om te bepalen hoe wijdverbreid het leven in de Melkweg is.

‘Als je het over buitenaards leven hebt, denken we vaak: ‘Wow, als we het op één plek ontdekken, zou dat een enorme doorbraak zijn. Dat is natuurlijk ook zo, maar als we het op slechts één plek zouden vinden, zouden we niet van totale onwetendheid naar aanzienlijke kennis zijn voortgeschreden,’ zegt Grinspoon.

‘Dus zelfs als we komende vrijdag een signaal opvangen, is het niet zo dat we de Vergelijking van Drake niet meer nodig hebben.’

De moeilijkste variabele

Mijn vader heeft vaak gezegd dat de L-variabele, de laatste van de Vergelijking van Drake, de lastigste is. L is de gemiddelde tijd dat een beschaving detecteerbaar is. De definitie wordt vaak verward met overleven of uitsterven, maar hangt niet noodzakelijk met een van beide samen.

‘Het is jammer dat mensen de term levensduur gebruiken om de levensduur van een technologische beschaving aan te duiden. Dat wordt er niet mee bedoeld. De term staat voor het uitzendmechanisme’, zegt Tarter.

‘We kunnen iets ontwikkelen, een soort technosignaal, dat veel langer meegaat dan onze beschaving.’

Omdat L een gemiddelde is, zou zelfs één buitenaardse uitzending met een ongelooflijk lange levensduur de waarde ervan drastisch kunnen veranderen. Bijvoorbeeld als een beschaving een manier vindt om haar aanwezigheid miljarden jaren lang de Melkweg in te stralen, misschien met geen ander doel dan anderen te helpen bij de zoektocht naar kosmische metgezellen.

‘Aangezien alles in de vergelijking even zwaar weegt, wist ik dat het antwoord slechts zo goed is als datgene waar we het minst van weten’, heeft mijn vader ooit aan mij verteld. ‘L is absoluut het enige waar we het minste van weten.’

In tegenstelling tot de andere variabelen hangt de waarde van L ook af van de opsporingsmogelijkheden van de beschaving die op zoek is. Wij mensen kunnen naar technosignalen zoeken door allerlei elektromagnetische signalen te bestuderen. Als een beschaving als de onze de aarde zou observeren, zou zij als eerste de piepjes van militaire radars zien die in het begin van de twintigste eeuw werden uitgezonden. Maar een beschaving met superieure detectiemogelijkheden zou naar fijnere aanwijzingen kunnen zoeken.

Buitenaardse wezens die hebben ontdekt hoe ze de technologiesignalen in de atmosfeer van een planeet kunnen lezen, hebben misschien radiogolven kunnen opsporen die tijdens de industriële revolutie in het midden van de achttiende eeuw zijn uitgezonden. Deze technosignalen zijn te detecteren als je weet wat je zoekt en het geduld kunt opbrengen om een planeet geleidelijk te zien veranderen. Beschavingen met nog geavanceerdere technologieën zouden rustig kunnen toekijken hoe leven ontstaat en ronddartelt op meerdere planeten en soms mislukt en soms floreert.

De mens is daar nog niet toe in staat. Ook is er geen garantie dat onze soort lang genoeg zal overleven om de kunst van het vinden van buitenaards leven te perfectioneren. Maar als we volhouden, maken we op een dag misschien eindelijk contact.

Het leven zelf

Het idee dat superintelligente buitenaardse wezens naar ons op zoek zijn, komt me duizelingwekkend over terwijl ik naar de dikke, duizend jaar oude sequoia’s kijk die mijn vader en mij omringen in ons kleine stukje bos in Californië. In die duizend jaar zijn deze bomen getuige geweest van ontelbare levens die zich onder hen ontvouwden, van ontelbare gevechten om het voortbestaan en van talloze nieuwe overlevingsstrategieën. Voor langlevende beschavingen (de sequoia’s van het Melkwegstelsel) is de waarde van L enorm. In theorie althans.

‘De geavanceerde menselijke beschaving is misschien slechts een stipje in het tijdperk van het heelal. Maar volgens mijn vader is het slechts een kwestie van tijd en voldoende wilskracht voordat we bewijs vinden dat er meer intelligente wezens in het heelal leven. In welke vorm dan ook.

We weten niet waar we naar zoeken’, zegt Wright. ‘Wij zijn ons enige voorbeeld van datgene waar we naar op zoek zijn.’

De blijvende nalatenschap van de Vergelijking van Drake is niet een numerieke oplossing, maar een spiegel. Deze dwingt ons vanuit een kosmisch perspectief na te denken over de aarde en de mensheid en stil te staan bij de kwetsbaarheid van ons bestaan in deze galactische zee.

Wright: ‘De reden dat de vergelijking blijft bestaan, dat we deze blijven gebruiken en dat deze blijft opduiken, is dat het zo’n geweldige handleiding is voor het hele probleem van leven in het heelal. De vergelijking is zeer veelzijdig. Je kunt er namelijk allerlei aspecten van het leven en de mensheid mee verkennen, afhankelijk van de term die je wilt grijpen.’

Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd in het Engels op nationalgeographic.com

Lees meer

Dit vindt u misschien ook interessant

Wetenschap
‘Planeet Negen’ staat misschien dichter bij de zon – áls hij bestaat
Wetenschap
Astronomen identificeren de sterren vanwaar aliens de aarde kunnen zien
Wetenschap
Mysterieus object blokkeert licht van ster maandenlang
Ruimte
Beroemde radiotelescoop van Arecibo loopt rampzalige schade op
Wetenschap
Nieuw soort buitenaards ‘mineraal’ gemaakt op aarde

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2021 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.