英國廣播公司(BBC)中文網(wǎng)發(fā)表文章稱，英國天體物理學(xué)家近期發(fā)表研究論文稱，我們所處的銀河系中可能至少有36個與地球相似的、活躍的、科技發(fā)達(dá)的智慧文明。“銀河系可能有36個外星文明”這個數(shù)字是怎么算出來的?外星人到底有沒有?地球真的是孤獨(dú)星球嗎?

公式

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

英國諾丁漢大學(xué)天體物理學(xué)教授康塞利斯(Christopher Conselice)和韋斯特比(Tom Westby)把他們的研究論文發(fā)表在《天體生物學(xué)》網(wǎng)站(2020年4月)和《天體物理學(xué)》(2020年6月)雜志上。

論文提到，“銀河系可能有36個外星文明”。那么，這個數(shù)字是怎么算出來的?

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(xué)家德雷克(Frank Drake)提出的。

這個公式包含7個因數(shù)，根據(jù)這些因數(shù)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(shù)量。要進(jìn)行運(yùn)算，必須先確定所有的因數(shù)。

這些因數(shù)從銀河系每年平均誕生多少恒星、這些恒星中能形成類地行星的比例，到一種類地球文明從產(chǎn)生到具備向太空發(fā)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(xué)(MIT)天體物理學(xué)家西格爾(Sara Seager)提出了她的公式，用來推算今后幾年可能發(fā)現(xiàn)多少具有可探測生命跡象的行星。

這個公式的因數(shù)包括可以觀察的恒星數(shù)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(fā)射信號等;她關(guān)注的是星球上的生命數(shù)量上是否多到足以改變星球大氣層的化學(xué)成分組合，就像地球的大氣層一樣。這種化學(xué)成分的組合類似于人的指紋，通過大氣層的分析可以探測那個星球上是否存在生命，以什么形式存在。

軟肋

但是，這兩個工具為什么到現(xiàn)在為止還沒有得出有實(shí)際意義的運(yùn)算結(jié)果呢?關(guān)鍵是組成公式的因數(shù)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?yàn)楣竭\(yùn)算所必要的7個因數(shù)里只有一個是已知的，即每年有多少新的恒星形成，天文學(xué)界普遍接受的一個計(jì)算結(jié)果是每年平均7顆。

德雷克公式里其他因數(shù)目前都未知，也很難確定。

而西格爾公式的致命弱點(diǎn)和德雷克公式一樣，許多因數(shù)的數(shù)值無法確定，沒有多少量化計(jì)算的價值，但兩者都有助于人們整理思路。

近日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然-天文學(xué)》最新在線發(fā)表一篇天文學(xué)研究論文稱，銀河系內(nèi)恒星的誕生可能源自銀河系與鄰近的人馬矮星系的周期性“近距離接觸”。

假設(shè)

諾丁漢大學(xué)天體物理學(xué)家康塞利斯和韋斯特比在德雷克公式的基礎(chǔ)上提出了新的思路，或者說用新的因數(shù)和假設(shè)前提調(diào)整了公式，得出的結(jié)論比 “0-10億之間”那種無意義的跨度更具體。

太陽是恒星，圍繞恒星周轉(zhuǎn)的行星，比如地球，在一定的條件下可以形成生命。

他們的運(yùn)算基于一組假設(shè)，首先，假設(shè)銀河系其他類似地球的星球上，智慧生命的形成和進(jìn)化跟地球文明一樣，那么行星誕生幾十億年后自然而然就會出現(xiàn)生命，然后不斷進(jìn)化。

根據(jù)天體生物學(xué)哥白尼原則，在必要條件都具備的情況下，一切都可能發(fā)生，從化學(xué)反應(yīng)到星球形成。

假設(shè)智慧生命的形成有科學(xué)規(guī)律，而不是隨意、隨機(jī)，無規(guī)律，或者獨(dú)一無二，那么根據(jù)康塞利斯團(tuán)隊(duì)的計(jì)算，得出的結(jié)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。

哥白尼極限

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

哥白尼是15-16世紀(jì)歐洲文藝復(fù)興時期的波蘭神父、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家和法學(xué)博士，他提出了日心說(太陽是宇宙的中心，地球圍繞太陽轉(zhuǎn))，留下巨著《天體運(yùn)行論》，徹底改變了人類的宇宙觀。

被稱為天體生物學(xué)的哥白尼極限分強(qiáng)極限和弱極限。弱極限是指一顆行星形成后至少經(jīng)過50億年才可能出現(xiàn)智慧生命，比如地球智慧生命出現(xiàn)的時間最多是50億年前，或者是那之后的任何一段時間。

在較寬松的哥白尼理論弱極限假設(shè)下，康塞利斯團(tuán)隊(duì)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(nèi)有更多的文明存在，探測一次需要大約700年。

強(qiáng)極限包括一系列十分嚴(yán)格的限定條件;根據(jù)強(qiáng)極限假設(shè)，銀河系中類地球行星形成后45億到55億年之間出現(xiàn)生命，過程參照地球。據(jù)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(shù)量大約在4到211個，其中可能性最大的數(shù)值是36。

康塞利斯指出，這是保守估計(jì)。因?yàn)樗麄兊挠?jì)算中還有一個設(shè)定值，那就是地球文明開始向宇宙發(fā)出電波信號的時間，迄今為止大約100年。

因?yàn)橥庑俏拿骶嚯x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(xiàn)，如果地球文明能延續(xù)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(xù)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(yùn)。”

回歸現(xiàn)實(shí)

英國劍橋大學(xué)專家肖托爾博士(Oliver Shorttle)認(rèn)為，最新算式里有不少設(shè)定因數(shù)過于含混，需要細(xì)致剖析，清晰界定，否則推算出來的結(jié)果意義不大。

他接受《衛(wèi)報》采訪時指出，這些因數(shù)中包括地球上的生命最早是如何出現(xiàn)的?還有，被認(rèn)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(xué)學(xué)院穆拉德太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(Mullard Space Science Laboratory)的科蒂斯教授(Andrew Coates) 承認(rèn)康塞利斯團(tuán)隊(duì)的假設(shè)和推算有其合理性，但尋找外星文明的努力，至少目前來看，還是著眼于離地球較近的太陽系行星更現(xiàn)實(shí)。

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(jì)劃，將來還計(jì)劃探索木星和土星的月球。

關(guān)鍵詞： 地球