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「 銀河系可能有36個外星文明」 這個數字怎麼算出來的

2020/06/21 09:07 字級:
讀稿
「 銀河系可能有36個外星文明」 這個數字怎麼算出來的

▲太陽最終將變成一顆白矮星。(圖/ESO / M KORNMESSER)

外星人到底有沒有?地球真的是孤獨星球嗎?

最新的答案是,我們所處的銀河系中至少有36個與地球相似的、活躍的、科技發達的智慧文明。或者說外星文明,另一個地球。

不過,因為距離地球太遠,我們與外星文明接觸的可能性極小,而這些外星文明是否存在或曾經存在過,可能將成為永遠無解的謎。

太遠是什麼概念?距離地球最近的在1.7萬光年之外。

類似地球的外星文明是否存在,地球是不是銀河系的孤獨星球,這個古老的問題第一次有了具體的推測數字,距離答案又近了一步。

英國諾丁漢大學天體物理學教授康塞利斯(Christopher Conselice)和韋斯特比(Tom Westby)把他們的研究論文發表在《天體生物學》網站(2020年4月)和《天體物理學》(2020年6月)雜誌上。

高清的震撼 太陽表面原來是這樣的
The British Broadcasting Corporation
太陽系
Getty Images
太陽系的行星

公式

這個數字是怎麼算出來的?

探索銀河系還有多少星球上可能存在類似地球文明,到目前為止最主要的工具是德雷克公式,1961年天文學家德雷克(Frank Drake)提出的。

這個公式包含7個因數,根據這些因數推算出銀河系可能存在的具有交流能力的智慧文明星球的數量。要進行運算,必須先確定所有的因數。

這些因數從銀河系每年平均誕生多少恆星、這些恆星中能形成類地行星的比例,到一種類地球文明從產生到具備向太空發出能夠探測到的通信交流信息的能力,需要多長時間。

2013年,美國麻省理工大學(MIT)天體物理學家西格爾(Sara Seager)提出了她的公式,用來推算今後幾年可能發現多少具有可探測生命跡象的行星。

這個公式的因數包括可以觀察的恆星數量,其中多少周圍有行星圍繞,其中能夠被觀察的有多少,等等。

西格爾的公式不涉及外星生命是否具有智能,是否能使用無線電發射信號等;她關注的是星球上的生命數量上是否多到足以改變星球大氣層的化學成分組合,就像地球的大氣層一樣。這種化學成分的組合類似於人的指紋,通過大氣層的分析可以探測那個星球上是否存在生命,以什麼形式存在。

軟肋

但是,這兩個工具為什麼到現在為止還沒有得出有實際意義的運算結果呢?關鍵是組成公式的因數大部分未知。

《大問題:宇宙》(The Big Questions: The Universe)一書作者克拉克(Stuart Clark) 在書中指出,德雷克的公式最主要的用途是提供了一種思路,一個框架。

因為公式運算所必要的7個因數裏只有一個是已知的,即每年有多少新的恆星形成,天文學界普遍接受的一個計算結果是每年平均7顆。

德雷克公式裏其他因數目前都未知,也很難確定。

而西格爾公式的致命弱點和德雷克公式一樣,許多因數的數值無法確定,沒有多少量化計算的價值,但兩者都有助於人們整理思路。

外星生物?
Getty Images
外星海洋裏會有生物嗎?

假設

諾丁漢大學天體物理學家康塞利斯和韋斯特比在德雷克公式的基礎上提出了新的思路,或者說用新的因數和假設前提調整了公式,得出的結論比 「0-10億之間」那種無意義的跨度更具體。

太陽是恆星,圍繞恆星周轉的行星,比如地球,在一定的條件下可以形成生命。

他們的運算基於一組假設,首先,假設銀河系其他類似地球的星球上,智慧生命的形成和進化跟地球文明一樣,那麼行星誕生幾十億年後自然而然就會出現生命,然後不斷進化。

根據天體生物學哥白尼原則,在必要條件都具備的情況下,一切都可能發生,從化學反應到星球形成。

假設智慧生命的形成有科學規律,而不是隨意、隨機,無規律,或者獨一無二,那麼根據康塞利斯團隊的計算,得出的結果是「至少36」,即銀河系可能存在至少36個與地球文明類似的活躍的、具有交流能力的外星文明。

哥白尼「日心說」1543年問世前的宇宙觀
Science Photo Library
哥白尼「日心說」1543年問世前的宇宙觀

哥白尼極限

這個運算過程用到了天體生物學的哥白尼極限概念(Astrobiological Copernican Limits) 。

哥白尼是15-16世紀歐洲文藝復興時期的波蘭神父、天文學家、數學家、醫學家和法學博士,他提出了日心說(太陽是宇宙的中心,地球圍繞太陽轉),留下巨著《天體運行論》,徹底改變了人類的宇宙觀。

被稱為天體生物學的哥白尼極限分強極限和弱極限。弱極限是指一顆行星形成後至少經過50億年才可能出現智慧生命,比如地球智慧生命出現的時間最多是50億年前,或者是那之後的任何一段時間。

在較寬鬆的哥白尼理論弱極限假設下,康塞利斯團隊推算出銀河系目前至少有928個外星智慧文明。這意味著在更近的距離內有更多的文明存在,探測一次需要大約700年。

強極限包括一系列十分嚴格的限定條件;根據強極限假設,銀河系中類地球行星形成後45億到55億年之間出現生命,過程參照地球。據此算出銀河系目前可能具備交流技能的智慧文明星球的數量大約在4到211個,其中可能性最大的數值是36。

康塞利斯指出,這是保守估計。因為他們的計算中還有一個設定值,那就是地球文明開始向宇宙發出電波信號的時間,迄今為止大約100年。

因為外星文明距離地球至少1.7萬光年,地球人與外星人一對一接觸、交流的情形最早也得再等6120年才可能出現,如果地球文明能延續到那一天的話。

不過,他們在論文中指出:「對外星智慧文明的搜尋不僅揭示了生命形式的存在,也為我們自己的文明將持續多久提供了線索。即使我們一無所獲,我們也在探尋自己的未來和命運。」

如果發現外星智慧生命很普遍,那表明地球文明可能存在的時間遠遠超過幾百年;如果銀河系中沒有探測到活躍的文明,對地球文明的壽命可能是個壞兆頭。

回歸現實

英國劍橋大學專家肖托爾博士(Oliver Shorttle)認為,最新算式裏有不少設定因數過於含混,需要細緻剖析,清晰界定,否則推算出來的結果意義不大。

他接受《衛報》採訪時指出,這些因數中包括地球上的生命最早是如何出現的?還有,被認為適宜生存的類地球行星中有多少是真正能夠孕育出智慧生命和文明。

倫敦大學學院穆拉德太空科學實驗室(Mullard Space Science Laboratory)的科蒂斯教授(Andrew Coates) 承認康塞利斯團隊的假設和推算有其合理性,但尋找外星文明的努力,至少目前來看,還是著眼於離地球較近的太陽系行星更現實。

這方面努力包括歐洲宇航局和俄羅斯合作的Exomars 2022火星登陸和探索計劃,將來還計劃探索木星和土星的月球。

 

 

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