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人類(lèi)為何并不孤單? 銀河系中有多少個(gè)地外文明? 科學(xué)家算出了答案:36個(gè)!
時(shí)間:2020-07-06 11:07:17

近日,在一篇發(fā)表于《天體物理學(xué)》雜志上的論文中,英國(guó)諾丁漢大學(xué)的天體物理學(xué)家湯姆·韋斯特比和克里斯托弗·J·康塞利斯估算出了銀河系中地外文明的數(shù)量:銀河系中可能存在至少36個(gè)與地球文明類(lèi)似的、具有無(wú)線電交流能力的外星文明。

宇宙中是否存在地外文明一直是一個(gè)熱門(mén)話題,有人對(duì)此堅(jiān)信不疑,也有人對(duì)此保持懷疑。那么對(duì)于天文學(xué)家呢?他們是否相信地外文明的存在?是否已經(jīng)擁有更加科學(xué)的“證據(jù)”?

人類(lèi)為何并不孤單?

要從“哥白尼原理”說(shuō)起

天文學(xué)中有個(gè)著名的“哥白尼原理”——地球在宇宙中的位置并無(wú)任何特殊。有時(shí)也表述為,宇宙中任何一個(gè)地方的觀測(cè)者都會(huì)看到和我們所見(jiàn)同樣的大尺度結(jié)構(gòu)圖像,這已經(jīng)被眾多天文觀測(cè)所證實(shí)。更進(jìn)一步,有人認(rèn)為生命在宇宙中也并不特殊,既“天體生物學(xué)哥白尼原理”。盡管到目前為止人們還沒(méi)有真正找到系外生命,但眾多天文學(xué)家都對(duì)這一“原理”持肯定態(tài)度。因?yàn)樗玫皆絹?lái)越多間接觀測(cè)數(shù)據(jù)的支持。

通過(guò)天文觀測(cè)人們發(fā)現(xiàn),僅銀河系中就有至少兩千億顆恒星,而宇宙中的星系總數(shù)則是在幾千億顆以上!其中的行星也絕不罕見(jiàn),從1995年人類(lèi)發(fā)現(xiàn)第一顆系外行星起,到現(xiàn)在短短20多年,就已發(fā)現(xiàn)了4100多顆。根據(jù)這些數(shù)據(jù),人們根據(jù)概率論已經(jīng)可以相當(dāng)有把握地估算出,銀河系內(nèi)恒星周?chē)囊司訋е写嬖陬?lèi)地行星的概率約為19%,也就是說(shuō)像地球這樣的行星在銀河系中至少有400億顆。如果人類(lèi)文明是唯一的,那么文明存在的概率就只有不到400億分之一,這違背了概率論中的“小概率事件原理”。因此天文學(xué)家才能斷定,我們銀河系中一定還存在其他文明。

當(dāng)然,這里有一個(gè)需要注意的問(wèn)題,即“天體生物學(xué)哥白尼原理”的直接數(shù)據(jù)來(lái)源只有一個(gè),那就是地球?;趩蝹€(gè)數(shù)據(jù)外推風(fēng)險(xiǎn)很大,因此上述結(jié)論也并不絕對(duì)。雖然目前并不能完全確定需要考慮多少參量,不過(guò)從概率上來(lái)說(shuō),小概率抵不過(guò)大基數(shù),天文學(xué)家才會(huì)有把握地認(rèn)為它是正確的。

36個(gè)類(lèi)地文明?

有這3個(gè)限定條件

因?yàn)橹挥械厍蜻@一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),英國(guó)諾丁漢大學(xué)天體物理學(xué)家湯姆·韋斯特比和克里斯托弗·J·康塞利斯就以地球的形成環(huán)境和歷史來(lái)限制地外文明的形成條件,并推斷“可交流文明”(掌握了無(wú)線電通信技術(shù)的文明)的數(shù)量。

首先,因?yàn)榈厍蛭拿鞯恼Q生時(shí)間應(yīng)該在50億年左右,所以系外文明所在的母恒星年齡必須要大于50億年。其次,它應(yīng)該誕生在像地球這么大、位于恒星周?chē)司訋?nèi)的巖質(zhì)行星上。第三,這個(gè)恒星系統(tǒng)要擁有足夠的重元素,例如鐵、銅等金屬元素,否則將無(wú)法發(fā)展出類(lèi)地文明。

因此,他們給出了計(jì)算銀河系中可交流文明數(shù)量的方法——N=N*·fL·fHZ·fm·(L/t′)。其中,N*是銀河系內(nèi)恒星的總數(shù);fL是年齡在50億年以上的恒星比例;fHZ是擁有合適的行星系統(tǒng)的恒星比例;fm是具有足夠多金屬元素的恒星比例;L是可交流文明的平均壽命,即自文明有能力進(jìn)行無(wú)線電通訊之日起到它滅亡的平均時(shí)間;t′是(智慧)生命演化的平均可用時(shí)間。以地球?yàn)槔?,可以估算為從恒星形成之?0億年起到今天的這段時(shí)間的平均值。例如,對(duì)一個(gè)當(dāng)前年齡為80億年的類(lèi)地行星系統(tǒng),其生命演化可用時(shí)間就是30億年。

根據(jù)最新的觀測(cè)數(shù)據(jù),并將限制條件按照強(qiáng)弱分成12個(gè)等級(jí),他們得到了如下結(jié)論:銀河系中像地球這樣的文明有36個(gè)。

進(jìn)化了50億年的外星人?

仍有很大不確定性

研究人員認(rèn)為他們給出了銀河系中類(lèi)地球文明的數(shù)量下限,而且還進(jìn)一步計(jì)算出,距離我們最近的類(lèi)地球文明,應(yīng)不超過(guò)17000光年。不過(guò)文中給出的公式,讓人不禁產(chǎn)生疑問(wèn):和德雷克公式相比,這個(gè)公式里有些參量可能并不獨(dú)立。例如銀河系里恒星的平均金屬豐度和平均年齡,即fL和fm可能就不是獨(dú)立變量,雖然相關(guān)性很小,對(duì)結(jié)果可能沒(méi)有影響;同樣fHZ也未必和其他參量無(wú)關(guān),直接將它們的概率相乘或許并不完全準(zhǔn)確,研究人員也并未對(duì)此在文中進(jìn)行進(jìn)一步的分析。此外,文中顯示t′=48±5.5億年,這意味著在銀河系中的類(lèi)地行星上誕生的文明,他們的平均演化時(shí)間已有將近50億年。如果真是如此,那么銀河系中將有大量地外文明已經(jīng)比我們多進(jìn)化了幾十億年!他們的文明程度將難以想象。

總之,估算有多少外星文明仍然存在很大的不確定性,今后人們必將隨著觀測(cè)數(shù)據(jù)的增加而給出更精確的估計(jì)。

(作者系北京天文館研究員)

關(guān)鍵詞: 人類(lèi)

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