O Paradoxo de Fermi

Estima-se que haja cerca de 200 bilhões de galáxias apenas no universo observável (o universo não-observável é muito maior — talvez infinito). Em cada uma dessas galáxias, há centenas de bilhões ou até trilhões de estrela. Na Via Láctea, as melhores estimativas sugerem entre 200 e 400 bilhões de estrelas. Isso significa que no universo observável há cerca de 10 mil estrelas para cada grão de areia na Terra.

A maioria dessas estrelas possuem planetas ao seu redor — calcula-se que apenas na Via Láctea haja trilhões de planetas. Portanto, mesmo que apenas uma minúscula fração de planetas tenha as condições ambientais parecidas com as do planeta Terra (por exemplo, 0,001%), ainda assim muitos desses planetas seriam como a Terra (no nosso exemplo, 100 milhões de planetas), pelo simples fato de que o número de planetas na galáxia é gigantesco. Isso significa que uma quantidade imensa de planetas possui as condições propícias para o surgimento da vida como nós a conhecemos. É natural, então, supor que em alguns desses planetas a vida de fato tenha surgido. É natural também supor que em alguns desses planetas onde a vida surgiu, seres inteligentes tenham evoluído e construído civilizações interestelares.

A nossa galáxia tem cerca de 13 bilhões de anos. Suponha que há 8 bilhões de anos a vida tenha surgido em algum planeta da galáxia. Suponha que há 4 bilhões de anos a vida nesse planeta tenha originado vida inteligente — uma civilização. Se fizermos suposições bem conservadoras quanto à velocidade na qual essa civilização conseguiria fazer viagens interestelares, chegamos à conclusão de que ela deve ter colonizado cada sistema solar da nossa galáxia (de fato, cada planeta de cada sistema solar) em não mais do que uma ou duas centenas de milhões de anos.

A vida extraterrestre deveria ter colonizado nosso planeta, portanto, bilhões de anos atrás.

Você pode pensar que talvez algo tenha ocorrido com essa civilização que a tenha impedido de colonizar toda a galáxia. Talvez uma guerra nuclear que tenha devastado toda a civilização. Sem problemas: já que planetas como a Terra são abundantes na galáxia, caso aquela civilização que surgiu há 4 bilhões de anos tenha se destruído, então outra surgida há 3,5 bilhões com certeza teria colonizado a galáxia.

A conclusão dessa linha de raciocínio é que, nessa altura do campeonato, toda a galáxia deveria estar habitada por civilizações interestelares superdesenvolvidas. Mas esta conclusão se choca com um fato óbvio a todos nós: não observamos nenhum sinal de vida extraterrestre, seja na Terra, seja no espaço (excluindo os relatos anedóticos e pouco confiáveis dos que dizem terem visto ou até mesmo sido abduzidos por OVNIs). Observamos, isso sim, um Grande Silêncio. Por onde olhamos, não encontramos a mais frágil evidência da existência de seres extraterrestres. Este é o Paradoxo de Fermi: se seres inteligentes são tão comuns no universo, então por que não os vemos?

Quando se trata do debate acerca do Grande Silêncio e do Paradoxo de Fermi, existem dois grandes grupos que defendem teses opostas. Os Otimistas do Contato acreditam que o universo está abarrotado de seres inteligentes e que é só questão de tempo até entrarmos em contato com eles. Fazem parte desse grupo nomes como Carl Sagan e Phillip Morrison. Já os adeptos da Hipótese da Unicidade acreditam, bem, que estamos sós no universo, ou pelo menos em grande parte dele. Fazem parte desse grupo Michael Hart e Frank Tipler.

Qual dos grupos está certo? Não prometo lhe dar a resposta neste texto. Só prometo uma coisa: após lê-lo, você terá uma opinião muito mais bem embasada acerca do tema. Ao mesmo tempo, terá também muito mais dúvidas sobre o assunto. Vem comigo.

A Equação de Drake

Um dos primeiros a analisar essa questão da busca por seres inteligentes extraterrestres de uma maneira criteriosa foi Frank Drake (1930-), astrônomo e pioneiro no estudo sobre civilizações extraterrestres. Em 1961, com o objetivo de estimular o debate sobre a busca por inteligência fora da Terra, Drake formulou uma equação que posteriormente veio a se tornar muito famosa. Tal equação decompõe o número de civilizações em determinados termos. A equação é a seguinte:

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

Onde:

• N = número de civilizações inteligentes na galáxia em que a comunicação pode ser possível;
• R* = taxa média de formação de estrelas por ano em nossa galáxia;
• fp = número médio de planetas orbitando essas estrelas;
• ne = fração desses planetas que são capazes de habitar vida (zona habitável);
• fl = fração desses planetas de zona habitável que desenvolvem vida;
• fi = fração desses planetas de zona habitável que desenvolvem vida que desenvolvem vida inteligente;
• fc = fração desses planetas de zona habitável que desenvolvem vida que desenvolvem vida inteligente que possuem interesse ou capacidade em se comunicar com outros seres;
• L = longevidade média dessas civilizações.

Vamos abaixo caracterizar e analisar mais profundamente alguns dos termos do lado direito da Equação de Drake.

ne: a fração dos planetas que são capazes de habitar vida

A astrobiologia, isto é, a ciência que intersecciona astrofísica, química e biologia, está chegando a respostas cada vez mais próximas para alguns desses termos da Equação de Drake. Por exemplo, sabe-se que se requer:

(i) Água líquida. 

A presença de água líquida requer que o planeta fique na zona habitável (também chamada de goldilock zone), isto é, na zona do sistema solar cuja temperatura é tal que permita a existência de água líquida. As estimativas mais recentes calculam que o percentual de planetas que estão na zona habitável esteja entre 1/10 e 1/5.

Mas a existência de água líquida não requer apenas que o planeta esteja na zona ideal.  O planeta deve possuir uma massa significante (e, portanto, uma gravidade significante) e uma atmosfera substancial, para evitar que toda a água evapore para o espaço. Por exemplo, Marte fica na extremidade externa da zona habitável do sistema solar. Há bilhões de anos, esse planeta possuía água líquida vasta em sua superficial. Mas como sua gravidade é pequena e sua atmosfera é rarefeita, toda essa água se perdeu no espaço. Hoje, a pequena quantidade de água líquida de Marte está depositada no subsolo.

Além disso, é preciso uma razoável taxa de rotação do planeta, para evitar excesso de aquecimento de um lado e congelamento do outro. Mesmo que o planeta esteja na zona habitável, possua uma massa adequada e uma atmosfera relativamente densa, se sua rotação for extremamente lenta, o planeta irá se aquecer demais e isso irá fazer toda a sua água evaporar para o espaço.

(ii) Campo magnético ideal.

É necessário que o planeta possua um campo magnético expressivo, capaz de proteger sua superfície e sua biosfera do ataque de partículas altamente energéticas provenientes dos ventos estelares e dos raios cósmicos.

Alguém poderia indagar o seguinte: ao pré-estabelecer que as condições para o surgimento da vida são tais e tais, a gente não estaria tendo uma opinião enviesada em favor da vida na Terra? Não pode ser o caso de a vida surgir em outros lugares sob condições bem diferentes daqueles em que ela surgiu por aqui? Por que, afinal, é necessária água líquida para a vida existir? Por que não outra substância? Por que a vida não pode, também, se adaptar ao bombardeamento de partículas energéticas? 

A resposta à essa indagação é mais ou menos a seguinte: as leis da química são universais. Não existe um conjunto de leis químicas em um lugar do universo, e outro conjunto em outro. Diante desse fato, algumas conclusões podem ser tiradas. O funcionamento da vida é governado por reações químicas moleculares complexas, auto-estruturadas e auto-organizadas. Essas reações seriam rapidamente desfeitas se fossem constantemente bombardeadas por partículas energéticas. Portanto, uma camada protetora, seja ela um sólido ou um campo magnético, é necessária ao desenvolvimento da vida.

Além disso, tais reações complexas não podem ocorrer em um meio sólido, pois nesse caso não haveria contato entre as moléculas, impedindo o metabolismo. Em um meio gasoso, esses processos também seriam impossíveis: a velocidade das reações seria excessiva e incontrolável, impedindo a auto-organização. Um meio líquido permite, ao mesmo tempo, a troca molecular eficiente e a organização. Portanto, a vida deve, necessariamente, surgir em um meio líquido.

Ademais, nosso tipo de vida é baseado na excepcional capacidade dos átomos de carbono de formar longas cadeias, chamadas polímeros, e de sua capacidade de promover reações complexas e organizadas em um meio aquoso. Haveria substitutos para a água e o carbono? Talvez, mas é improvável. A água é uma molécula dita polar, ou seja, diferenças de cargas elétricas produzem pequenas forças dentro da molécula que fazem que as moléculas atraiam umas às outras. Essa propriedade está na raiz da capacidade da água de se manter líquida em um grande intervalo de temperatura. Existem outras moléculas polares abundantes no universo, como a amônia e o metano, mas nenhuma delas reproduz bem as propriedades da água.

O carbono, por sua vez, não é o único átomo capaz de formar complexos polímeros e que possui quatro ligações covalentes, mas é de longe o que faz isso com maior eficiência. Uma possível alternativa ao carbono seria o silício, que está abaixo do carbono na tabela periódica. Mas o silício forma ligações químicas extremamente fracas entre seus átomos e jamais conseguiria funcionar na água.

Ou seja, até é possível que o material constituinte da vida em outro planeta seja o silício ao invés de carbono, e que o solvente no qual a vida se desenvolva seja o formamido ao invés de água. Possível, mas muito improvável. As leis da química indicam que a vida, em qualquer lugar que seja, precise de água como solvente e carbono como matéria-prima (e para se ter grandes cadeias de carbono, é preciso um cobertor protetor na atmosfera).

fl: a fração dos planetas de zona habitável que desenvolvem vida

Algumas vezes na história recente, estimativas de fl foram feitas de forma enviesada apenas para levar adiante a agenda do criacionismo. Estimativas desse tipo calculam um número para fl extremamente pequeno, de modo que a única conclusão que sobra é que algum agente racional propositadamente deve ter dado origem à vida. Por exemplo, o criacionista Chandra Wickramasinghe calculou que a probabilidade dos genes das enzimas necessárias à vida (cerca de 2000) se juntarem de forma aleatória é de 1 em 1.040.000.

Mas conclusões desse tipo são falhas, por considerarem que as interações moleculares são aleatórias. É claro que a probabilidade de se formar uma proteína média pela interação aleatória de aminoácidos é muito pequena, mas ocorre que átomos e moléculas são guiados em suas combinações por leis da física e da química, de modo que a formação de compostos complexos a partir de compostos simples é delimitada por regras severamente restritivas que limitam drasticamente o número de maneiras diferentes em que se combinam. Além disso, quando estamos tratando de moléculas complexas, como proteínas e ácidos nucleicos, não há uma molécula em particular associada à vida, mas inúmeras moléculas diferentes, todas em associação.

Em outras palavras, não dependemos apenas do acaso, mas do acaso guiado pelas leis da natureza —  e isso é suficiente para dispensarmos explicações supernaturais para o surgimento da vida.

fi: a fração dos planetas de zona habitável que desenvolvem vida que desenvolvem vida inteligente

Os Otimistas do Contato afirmam que fi é grande devido à convergência evolutiva. Este é o fenômeno em que espécies de origens completamente distintas desenvolvem características semelhantes. Por exemplo, golfinhos, atuns e ictiossauros desenvolveram de forma completamente independente nadadeiras e o formato hidrodinâmico necessário à navegação na água com pouca resistência.

Como os recursos são escassos e a vida na Terra é difícil, a seleção natural dá um jeito de fazer com que cada nicho biológico seja suprido. Lobos marsupiais evoluíram na América do Sul e Austrália de forma completamente independente dos lobos do hemisfério norte, mas ambos estão tão próximos um do outro, em termos evolutivos, quanto estão do musaranho. Outros exemplos são o esquilo-voador e o petauro-do-açúcar, e o porco-espinho e a equidna. Diante desse fato, alguns argumentam, uma espécie que seja inteligente fatalmente irá surgir, dado o bioma adequado. Isso é um grande indício a favor de um fi grande, ou pelo menos não tão pequeno.

But consider this — 

A vida inteligente só surgiu 3,8 bilhões de anos após o surgimento da vida. Após o surgimento da vida, nada menos do que 2 bilhões de anos se passaram até que um formato de vida minimamente complexo, a vida eucarionte, surgisse.

Uma linhagem da vida eucarionte é a linhagem dos protistas. Dela, três reinos multicelulares surgiram: as plantas, os fungos e os animais. Milhões de espécies de plantas e fungos surgiram — não obstante, nenhuma delas era inteligente.

Do reino dos animais, cerca de 60-80 filos surgiram — mas apenas um , o dos cordados, originou uma espécie inteligente.

Os cordados são uma linhagem extremamente diversificada, com vários subfilos. Não obstante, apenas um subfilo, o dos vertebrados, resultou em uma espécie inteligente.

Os vertebrados incluem peixes, anfíbios, aves e mamíferos. Espécies inteligentes poderiam ter surgido em várias dessas classes, mas surgiram apenas na dos mamíferos. E apenas em uma linhagem dos mamíferos surgiu uma espécie inteligente, o Homo sapiens.

Uma estimativa conservadora diz que cerca de cinco bilhões de espécies surgiram desde o início da vida. Mas apenas uma delas é inteligente.

Diante da contemplação desse fato, é realmente provável que alguma espécie estaria naturalmente destinada a ser inteligente graças à convergência evolutiva? Certamente que não.

fc: a fração dos planetas de zona habitável que desenvolvem vida que desenvolvem vida inteligente que possuem interesse ou capacidade em se comunicar com outros seres

Para que a espécie possua capacidade de se comunicar com outras civilizações, ela deve ser capaz de duas coisas: (i) construir ferramentas, para que sua civilização seja no mínimo capaz de construir máquinas que transmitam mensagens por ondas de rádio; (ii) se comunicar entre si, pois é muito improvável que uma civilização surja de seres que não se comunicam.

Não é óbvio que uma espécie inteligente necessariamente irá construir ferramentas. Golfinhos são extremamente inteligentes, mas como eles não possuem membros capazes de construir ferramentas, mesmo que eles tivessem uma inteligência tão grande ou maior que a inteligência humana, eles não seriam capazes de construir de forma independente uma civilização nos moldes humanos.

Podem existir muitas espécies super inteligentes pela galáxia, que possuem uma filosofia de vida refinadíssima, mas cujo corpo as impede de construir coisas complexas. Tais espécies inteligentes permaneceriam despercebidas por outras que eventualmente estivessem as procurando.

Já a capacidade de comunicação parece ser natural que surja em uma espécie inteligente, pois tudo indica que a necessidade de comunicação é um grande condicionante à inteligência elevada. Mas cabe ressaltar que essa comunicação não necessariamente precisa ocorrer mediante a transmissão de sons, como no caso do ser humano. Pode muito bem ser o caso que uma espécie inteligente se comunique entre si através de feromônios, ou através da mudança de cor, ou até mesmo através da emissão de luzes. Enfim, as possibilidades são variadas.

Falhas da Equação de Drake

Existem algumas falhas na Equação de Drake. Também não é de se surpreender, já que ela tinha propósitos meramente ilustrativos e foi criada nos anos 1960, quando nossos conhecimentos astronômicos eram bem limitados comparados com hoje em dia. Vamos falar sobre três falhas dessa equação:

(i) A equação capta apenas a fração dos planetas que são capazes de habitar vida, mas não leva em consideração os satélites que são capazes de fazê-lo. Veja bem, é possível existir água líquida em grande quantidade mesmo em corpos que não estejam na zona habitável. É possível existir um satélite de um planeta de grande massa que, graças à imensa gravidade do planeta que causa um grande efeito de maré ao seu satélite, faz o interior do satélite se aquecer. Se esse satélite é composto por grande quantidade de H₂O, sua superfície pode ser composta de gelo, mas no seu interior pode haver uma quantidade considerável de água líquida. Desse modo, podem existir seres complexos que habitam esses grandes oceanos submersos de satélites de grandes planetas. De fato, pelo menos dois desse tipo de satélites existem aqui mesmo no nosso sistema solar: Europa, uma lua de Júpiter, e Encélado, uma lua de Saturno.

(ii) A equação considera que as civilizações têm um período médio de existência, mas pode muito bem ser que elas vivam para sempre. É bem possível que, uma vez que determinada civilização chegue a certo nível tecnológico, ela consiga manter sua existência até o final dos tempos.

Mas ainda podemos salvar a equação ao considerarmos esse fato se eliminarmos o último termo, L, e resignificarmos o primeiro, R*, não mais como a taxa média de formação de estrelas, mas sim como o número de estrelas capazes de darem origem a um planeta com vida.

(iii) A equação não considera a possibilidade da existência de civilizações interestelares. Ela considera que uma civilização enquanto existir irá habitar apenas no seu sistema solar de origem. Adaptações precisam ser feitas na equação para que ela possa levar em conta a colonização interestelar.

***

Nesta primeira parte, resumi os principais pontos em discussão quando se trata da possibilidade da existência de seres extraterrestres. Mas ainda não cheguei a tocar na pergunta feita no início: o que explica o Paradoxo de Fermi? Por que não vemos indícios de vida inteligente fora da Terra, se há tantas possibilidades para que ela exista?

No próximo texto irei elencar algumas das possíveis respostas a esse paradoxo.

Link da segunda parte.