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Histoire du programme SETI

Document Lombry.

La formule de Drake (II)

Les programmes SETI représentent un domaine de la recherche multidisciplinaire qui, malgré ses relents d’anthropocentrisme, laisse à chacun l’opportunité de se pencher sur les principes directeurs de son évolution.

En ce sens, les moyens techniques mis en oeuvre dans ces programmes, pour onéreux ou incompris qu’ils semblent, nous offrent une fenêtre sur un domaine peut-être marginal du savoir pour certains, mais dont la portée philosophique touche des horizons qui susciteront longtemps encore notre curiosité.

Périodiquement des congrès internationaux se consacrent aux programmes de recherches sur la vie extraterrestre et tentent de collecter de nouvelles données à travers une série de projets fascinants.

Pour inciter ses collègues radioastronomes à dialoguer sur la question de la vie dans l'univers avec les chercheurs d'autres disciplines, notamment les astrophysiciens, les cosmologistes, les exobiologistes et les ingénieurs en astronautique (les futurs spécialistes de la bioastronomie), en 1961 Frank Drake alors âgé de 31 ans se dit que l'absence de preuves d'une vie dans l'univers ne signifiait pas la preuve de son absence. Il proposa donc une équation pour déterminer statistiquement les chances d'existence de civilisations ayant accès à la radioastronomie. Ce serait forcément des civilisations technologiquement avancées (CTA). Il postula qu'il existait une infinité de formes de vie mais qu'elles étaient tempérées par plusieurs facteurs ou conditions. Cette relation deviendra la célèbre équation ou "formule de Drake"[5] présentée ci-dessous.

Mais malgré l'article de Cocconi et Morrison précité sur les communications interstellaires, cette problématique ne fut pas immédiatement connue des médias et du public, le sujet n'ayant sensibilisé qu'une poignée de radioastronomes et un certain Carl Sagan alors âgé de 37 ans travaillant à l'Université de Cornell comme exobiologiste. Il faudra attendre le congrès de Byurakan en 1971 consacré à SETI pour que Drake et Sagan fassent connaître cette formule auprès des chercheurs d'autres disciplines et publient deux ans après des articles scientifiques et de vulgarisation sur le sujet, un début prometteur pour Carl Sagan qui finira par publier plus de 600 articles scientifiques et une vingtaine de livres en plus de ses documentaires pour la télévision.

La formule de Drake

N = R* fp ne fl fi fc L

N  : Nombre de civilisations ayant accès aux communications

R* : Rythme annuel de formation des étoiles de type solaire

fp  : Fraction des étoiles disposant d'un système planétaire

ne : Nombre de planètes où l'environnement serait viable

fl   : Nombre de planètes où la vie s'est développée

fi   : Fréquence de l'émergence de l'intelligence

fc  : Probabilité que cette civilisation ait accès aux

      communications

L   : Durée durant laquelle ces civilisations sont détectables

Frank Drake, président émérite de l'Institut SETI devant la formule qu'il inventa en 1961. Document Seth Shostak/SETI Institute.

Les deux premiers facteurs de la formule de Drake se calculent aisément car ils ne font pas intervenir de processus biologiques mais uniquement des processus physiques comme la mécanique céleste ou la nucléosynthèse. Tous les autres facteurs sont fixés arbitrairement ; on ne sait rien ou pas grand chose de la probabilité de synthèse des molécules organiques ailleurs dans l'univers, et a fortiori de son évolution. Nous ne disposons d'aucun moyen pour calculer les probabilités d'apparition de la vie dans une galaxie, ni plus ses chances d'évolution vers des sociétés intelligentes ou la durée de vie d'une civilisation technologiquement avancée. Plus la vie se spécialise, plus il est difficile d'évaluer les conditions de son évolution. Se greffe sur cette difficulté le fait que nous ne pouvons pas encore expliquer notre raison d’être. La cause et l’effet puisent dans le même contexte autoréférencé. Nous tournons en rond à l'image du chien qui court après sa queue.

Nous sommes parvenus au stade de société technologiquement avancée mais rien de tangible permet de déterminer si ce processus est naturel. Bien sûr comme nous l'avons déjà dit, nous sommes un produit de la nature, mais nous ne savons pas évaluer à quel point l'évolution de notre civilisation est un évènement intrinsèque de la nature. Plus délicat encore est le fait de savoir si cette évolution peut durer encore longtemps. N'ayant pas encore découvert de traces de vie en dehors de la Terre, à la limite N est indéterminé ou tend vers zéro dans l'esprit des plus pessimistes (en fait puisque nous existons N est au moins égal à 1. Si N valait 0 ne serait-ce pas nier notre propre existence ?...). Mais peut-on attribuer à N une valeur supérieure à 1?

En 1986, Goeff Haines de la société Stiles Productions for Nova, WGBH Educational Foundation demanda à cinq scientifiques d’estimer les différents facteurs de la formule de Drake en répondant à la question : “Y a-t-il quelqu’un ailleurs ?”, une façon de confronter leurs opinions concernant l’évolution extraterrestre[6].

Ce panel de scientifiques était représenté par le radioastronome Frank Drake (FD), l’exobiologiste Carl Sagan (CS), l’astrophysicien Benjamin Zuckerman (BZ), le planétologue Richard Terrile (RT) et le chimiste Stanley Miller (SM). Voici les valeurs qu’ils ont estimé pouvoir donner aux différents facteurs :

Y a-t-il quelqu’un ailleurs ?

Estimations les plus divergentes des scientifiques concernant

les différents facteurs de la formule de Drake (1986)

Facteur

Estimation basse

Estimation haute

R*

1x1010 (SM)

4x1010 (BZ)

fp

0,1 (BZ)

10 (FD, RTT)

ne

1 au moins (tous)

1 au moins (tous)

fl

1x10-8 (BZ)

1 (FD)

fi

1x10-8 (BZ)

1 (FD)

fc

0,01 (RT)

1 (FD)

L

75 ans (RT)

5x109 ans (BZ)

Etant donné que la plupart des chiffres ne reflètent que des probabilités d’existence, fondées sur des analyses de notre évolution a posteriori et son devenir a priori, il serait vain de demander à chacun des scientifiques de se justifier. Il est toutefois intéressant de connaître leurs conclusions car elles sont éclairantes sur le plan philosophique.

La multiplication de tous ces facteurs a conduit Carl Sagan, fervent exobiologiste à estimer N = 1 million tandis que Frank Drake conclut qu’il existe peut-être 10000 civilisations ayant accès à la radioastronomie dans notre Galaxie. Ayant tout d’abord évalué N = 1 million dans les années 1970, Drake tempéra son optimisme quinze ans plus tard, réestimant N entre 1 et 600 au vu des conflits qui existaient à travers le monde. Ben Zuckerman conclut que nous sommes peut-être seul, ou si peu nombreux que le nombre de civilisations SETI doit être d’une par million de galaxies (N = 1x10-6).

A la conférence de Tallin en 1981 l’astronome Iosef S.Shklovsky considérait également que le résultat pouvait se réduire à 1, rejoignant l’estimation de Drake compte tenu que nous pouvions disparaître à tout moment. Il estimait N = 100 si notre voisin le plus proche se situait à plus de 3000 a.l. L’astrophysicien Richard Gott III, auteur d'une étude sur l'espérance de vie d'une société, partage son avis, en estimant N < 121 si notre plus proche voisin se situe au-delà des 1000 premières étoiles proches. Pour l'astronome Yervant Terzian, plus optimiste, N = 400000. L’astronome Robert Rood estima également que N doit valoir plusieurs milliers mais reconnaît que la solution N = 1 est pertinente. Son collègue James Trefil précise que sans preuve de l’existence d’êtres extraterrestres dans l’espace, leur nombre doit être faible, et il est probable que N = 1. Enfin, Fred Hoyle estima N = 60 puisque notre technologie n’a pas plus de 300 ans. Des livres entiers ont été écrit sur cette relation[7] et nous en reparlerons encore dans d'autres articles.

Faites vous-même le calcul sur Internet !

Drake Equation Calculator de PBS

The Drake Equation d'Active Mind

Comme on pouvait s’y attendre, les estimations des différents facteurs de la formule de Drake sont très divergents et reflètent, malgré le recours au calcul statistique, avant tout la philosophie des scientifiques envers les conditions d’évolution de la vie.

Puisqu'une majorité de chercheurs estiment que N représente plusieurs milliers de civilisations technologiquement au moins aussi avancées que la nôtre dans notre seule Galaxie, il est plus que probable que certaines valeurs sont guidées par des idées préconçues. Mais est-il seulement possible d’estimer rigoureusement tous ces facteurs sans étude in situ ? Ce genre de recherche est de toute façon utopique, car la vie intelligente extraterrestre n’est pas la solution d’une équation pouvant faire l’objet d’une expérience à court terme, reproductible en laboratoire, que l’on peut enfermer dans une boîte de Petry et quantifier.

La recherche d’une vie intelligente extraterrestre consiste à nous interroger sur les conditions de notre évolution et, sur le plan philosophique, sinon sur notre finalité, tout au moins sur l’avenir de nos sociétés et notre devenir dans le cadre d’une théorie rationnelle de l’évolution cosmique.

On constate que certains justifient leur pessimisme en considérant l’exemple chaotique de notre évolution, au fait que notre civilisation peut s’autodétruire à tout moment. Cette idée est réaliste même si les exobiologistes sont déçus par ce caractère éphémère de la vie. A contrario, toute nouvelle donnée, mise à part l’autodestruction, ne pourra qu’augmenter la valeur de N.

Les plus optimistes considèrent la “force vitale” comme une donnée essentielle qui surpasse de loin tous les autres facteurs. Mais fondée sur des données statistiques qui n’ont que la banlieue terrestre comme référence, et trop souvent encore axées sur des idées anthropocentriques, plus d’un indice nous conduisent à penser que l’idéal qu’ils recherchent, par définition n’existe pas.

En quête de traces de vie

Malgré le nombre et la sensibilité toujours accrus des détecteurs de traces de vie ou de métabolisme embarqués à bord des sondes spatiales, aucun indice ne permet aujourd'hui d'affirmer qu'une civilisation ou même un être unicellulaire extraterrestre existerait dans l'univers, vivant dans un milieu humide, sous la surface glacée ou dans l'atmosphère gazeuse d'une planète extrasolaire. La quête continue... Document Smithsonian.

D’autres enfin, considèrent que depuis la formation de l’Univers, si une civilisation extraterrestre s’était développée, elle aurait eu tout le temps de se manifester. Mais tout cela n'est que spéculations. Sans autre preuve de cette manifestation que les évanescents OVNI[8], N = 1 à quelques unités près.

Malheureusement, pour l’homme de la rue les limites inférieures de probabilité décevront les passionnés de science-fiction, mais conforteront en compensation les idées des adeptes du principe anthropique fort.

Le rationnel en contrepartie doit se rallier au discours scientifique. Si pour certains l’unité du savoir est la finalité de toute connaissance, tous les chercheurs ne partagent pas cet objectif. Il peut certes exister un principe de cohérence qui conduit les chercheurs à déduire un maximum de résultats et déterminer les valeurs de certaines constantes universelles et autre paramètres, mais ils ne peuvent considérer le principe anthropique fort, plaçant l’homme au centre du discours, comme un processus contingent. Dans ce domaine, le rôle du chercheur est de lever les indéterminations et d’interpréter notre existence à partir d’une description exempte de toute ambiguïté, paradoxe, conditions initiales, constantes ou limites. Il va sans dire que c'est un voeu pieux.

A l'écoute du ciel

La recherche des traces de vie dans l'univers est justifiée par trois hypothèses qui sont dans le prolongement de la formule de Drake :

- La vie est apparue dans le cosmos où l'optimiste rappelle qu'il doit exister une infinité de formes de vie

- Ce qui est arrivé sur Terre peut se reproduire ailleurs, même si la vie évolue vers des formes toutes différentes

- Nous devons supposer que l'intelligence humaine et notre idéal de vie ne sont pas le summum de l'évolution.

En conclusion disent les exobiologistes, il doit exister des civilisations plus avancées que la nôtre dans l'univers capables d'émettre volontairement ou non des rayonnements électromagnétiques que nous pourrions détecter (émission dirigée ou fuites). Cette conclusion relança l'écoute des signaux de l'espace autour des projets de la NASA. Avec des hauts et des bas selon les hasards, depuis 1960 le programme SETI ne s'est jamais arrêté. Aujourd'hui on dénombre plus de 100 tentatives d'écoutes, dont certaines sont toujours en cours.

A consulter :

Liste des programmes SETI réalisés à ce jour (.xls de 47 KB)

Tellement sollicitée, usée, la grande parabole de 91 m du radiotélescope de Green Bank appartenant au NRAO s’écroula en 1988. Quatre ans plus tard, celle de 21 m de l’Observatoire de Hat Creek de l’Université de Californie s’écroula à son tour. Mais loin d'être découragés les radioastronomes en ont construit de plus grandes.

Bien qu'aucun message intelligent n'ai encore été enregistré, les radioastronomes sont très imaginatifs et nous répondent à cela que nos contacts sont peut-être dans "un creux d'activité", si ce n'est nos instruments qui ne sont pas assez sensibles ou ne travaillent pas sur la bonne fréquence. Si ces civilisations ne sont pas nombreuses, ces émissions ne peuvent pas être permanentes. Songeons aussi que nous écoutons l'univers depuis les années 1960 seulement, qu'est-ce en regard de l'âge de l'Univers : si nous reportons l’âge de l’univers sur une année, ces quelques décades ne représentent que les derniers six-centièmes de seconde !

Le radiotélescope de 91 m (300') de Green Bank avant et après son effondrement le 15 novembre 1988 à 21h43. L'accident ne fit heureusement aucune victime. Un nouveau radiotélescope GBT de 110 m de diamètre fut reconstruit en 2004. Documents Marcio Maia et NRAO.

Pour capter ces messages, les radioastronomes américains ont essayé de persuadér leurs commenditaires de construire un super radiotélescope qui permettrait de détecter à 1000 a.l. des systèmes stellaires où la vie serait comparable à la nôtre, du moins technologiquement parlant, car certains s'accordent à dire que s'ils ont atteint le même niveau technologique ils devraient avoir une même forme humanoïde.

Cet ambitieux programme "Cyclops" définit en 1971 consistait à bâtir pas moins de 1000 antennes parabole mesurant chacune 100 mètres de diamètre, identique à celle de l'Effelsberg en Allemagne, la plus grande orientable à ce jour. Ce projet nécessitait un investissement colossal : 10 milliards de dollars soit 63 milliards de dollars actualisés (2018) !

Si on exclut les réseaux VLBI d'échelle planétaire, sachant que le radiotélescope le plus performant à l'heure actuelle, l'interféromètre en Y Karl Jansky (ex-VLA) dont les bras de 20 km s'étendent dans le désert du Nouveau Mexique a une résolution de la seconde d'arc à 6 cm de longueur d’onde et que l'antenne d'Arecibo peut détecter une civilisation à 15000 a.l., ce "Cyclops" en serait la synthèse[9]. Le volume d'espace étudié serait multiplié par 100000. Or ce volume contient environ 1 million d'étoiles. Selon la formule de Drake, il existe au moins une civilisation avancée détectable.

Le projet Cyclops, un projet démesuré : 1000 antennes orientables de 100 m de diamètre chacune, l'ensemble mesurant 16 km de diamètre ! Illustrations de Rick Guidice pour la NRAO scannées par l'auteur.

 Mais financièrement le coût ne pouvait pas être supporté par la communauté internationale tant que des idées belliqueuses traversaient l'esprit des chefs d'Etats. Malgré un attrait évident de la population envers la recherche de la vie dans l'univers, problème humaniste qui nous touche tous, l'astronomie n'a que peu de retombées dans la société; le coût de cette construction devait donc être supporté par des organismes privés.

Face à cette situation, l'ESO et la NSF se sont orientés vers une autre solution, cent fois meilleure marché et plus modeste, le projet ALMA, en attendant de pouvoir construire un radiotélescope spatial interférométrique.

Prochain chapitre

Le syndrome extraterrestre

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[6] Michael J. Crowe, “Extraterrestrial Life Debate (1750-1900). The Idea of a Plurality of Worlds from Kant to Lowell”, Cambridge University Press, 1986 - F.Drake et D.Sobel, “Is Anyone out There ?”, Delacorte, New York, 1992 - M.Hart et B.Zuckerman, “Extraterrestrial. Where Are They ?”, Cambridge University Press, 1995.

[7] R.Rood et J.Trefil, "L'Univers : sommes-nous seuls", op.cit - E.Schatzman, "Les enfants d'Uranie", Le Seuil, 1986 - J.Barrow, F.Tipler et M.Monchicourt, "L'homme et le cosmos", Imago, 1984. Consulter également les ouvrages de M.Hart, C.Sagan et R.Shapiro.

[8] Cf le dossier consacré au phénomène OVNI.

[9] B.Oliver et J.Billingham eds, “Project Cyclops”, NASA, CR-11445, 1973 et réédité par la SETI League en 1996 (ISBN 0-9650707-0-0).


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