銀河系中至少有36個外星文明？

即便在新冠疫情全球大流行期間，還有些人不忘仰望星空。

我們連外星人的影子還沒見著，竟然就有科學家算出銀河系中的外星文明數量是36個了。這個數字如何算出？我們能聯繫上外星人嗎？

經典科幻小說《銀河系漫遊指南》中，超級計算機&34;給出了宇宙生命和萬物的終極答案：42。但是，根據英國諾丁漢大學的兩位天文學家Tom Westby 和Christopher Conselice最近發表在《天體物理學雜誌》的論文，他們計算銀河系中有通訊能力的文明數量時，得到的神奇數字是 &34;。

人類文明真的有36個鄰居嗎？它們都在哪兒？

▎讓地球為銀河系代言

銀河系中，類似太陽的恆星數以億計。科學家們如今知道，它們大多伴有行星。因此在談到外星文明時，我們一般默認其存在，唯一的問題是：&34;我們望向太陽系各個冰冷的角落、銀河系中的遙遠星座。但經過數十年的尋找後，天文學家們還是兩手空空。

這就是所謂的費米悖論：按照概率來說，銀河系應該是&34;的生命搖籃，但我們連一個外星文明也沒找到。針對費米悖論，地球上的學者提出了多樣的解釋。其中最有說服力的答案大概就是：或許我們只是一直高估了智慧生命的普遍性而已。

地理學家Peter Ward 和天文學家Donald Brownlee提出了&34;，指出銀河系適宜複雜生命生存的行星系統和星系區域是非常稀少的，地球、太陽系只是&34;。但這種有點自大的假說並不被廣泛接受，它與&34;（地球並不處於宇宙的中心，或者在宇宙中任何的特殊位置）也背道而馳。

哥白尼在16世紀首次提出了這一觀點——這個看似簡單的視角變換，啟迪了哥白尼本人的日心說和愛因斯坦的廣義相對論。後世的科學家將這一概念進一步拓展，即人類並不處於宇宙中任何優越的位置。我們只是&34;而已。

△卡爾·薩根有過不少類似的表達，如&34;圖為卡西尼號在土星軌道回望地球（來源：nasa.gov）

諾丁漢大學的兩位研究者，正是基於同樣的視角來計算銀河系中外星文明的數量。他們指出，由於地球生命不應被認為有任何特殊之處，那麼支撐地球生命的液態水等條件也不該被認為有任何特殊之處。因此，無論是否符合這些條件，銀河系中各處智慧生命出現的概率應該和地球是一致的。

他們根據這種&34;，對計算星際文明的經典&34;進行了修訂。

▎&34;的德雷克方程

1961年，康奈爾大學的行星天文學家弗蘭克?德雷克率先用無線電波搜尋&34;幾個月後，召集了幾位頂尖的美國科學家，探討外星文明探索的未來。

德雷克列出了一系列他覺得重要的問題，這些問題的答案都可能會影響未來搜尋的成功率。其中的一些問題，比如&34;&34;，我們可以通過日積月累的科學研究，最終得到確切的答案。其他的問題，比如&34;&34;，科學家至今也只能猜測。

即便如此，德雷克意識到：將這些問題的答案綜合到一起，就可以得到銀河系文明數量大致的估算。如此炮製的方程也被稱為&34;。

△德雷克方程（來源：seti.org）

德雷克方程共有7個項，其中的每一項最初都是難以破解的宇宙之謎——首先是估算星系中的恆星數目，在此基礎上計算這些恆星的宜居帶內（宜居帶上的行星能夠支持液態水的存在，這是已知支持生命的必要條件之一）有多少行星公轉，再估算多大比例的行星可以孕育出生命、多大比例的生命能演化出智慧，多大比例的智慧生命有能力開展星際溝通。德雷克方程的最後一項，是這些文明向太空發射信號的持續時間。

在方程提出後，不斷有科學家對各個項的值提出自己的推測。隨著天體物理學的發展和天文觀測數據的不斷積累，德雷克方程中的某些值變得越來越&34;，有望將德雷克方程中的一些&34;改寫為&34;。例如，太空望遠鏡提供的觀測結果確認了系外行星尤其是宜居帶行星的普遍存在，隨著下一代太空望遠鏡（如詹姆斯·韋伯空間望遠鏡）進入軌道，人類將進一步加深對系外行星的了解。

但是德雷克方程的後面幾項，科學家至今還是只能靠猜想。我們甚至可以說，因此德雷克方程暫時是&34;的。根據各項值的不同，德雷克方程的解可以從零到數十億不等。這種誤差值幾十個億的估算，當然談不上有什麼用。

△弗蘭克·德雷克與數學再好也算不出來的同名公式（來源：seti.org）

何況，有些過於肯定的&34;或許限制了我們尋找外星文明時的想像力——如果一些外星生命不需要液態水呢？如果一些外星生命不以碳元素為化學基礎呢？這也是德雷克方程的問題所在。這個方程的前提假設（比如外星生命需要水）如果發生了變化，其計算結果可能就會完全不一樣。

但在新論文作者之一，天體物理學家Christopher Conselice看來，德雷克公式更像一個幫助思考的工具，而不是用於提供終極答案。鑑於我們對外星人一無所知，天文學家做出一些猜測也是無可奈何的事情。

△天文學家Sara Seager根據德雷克方程提出了自己的&34;，用於計算我們可觀測到的外星生命跡象數目，而不是計算外星文明（來源：《新科學家》）

他認為，隨著一個又一個太空生命探索的撲空，人類對外星文明存在的期望值有個&34;的轉變。這種心態原本無可厚非，但我們其實不必追求完美主義，而是可以藉助如今逐漸豐富的信息，做出一些更加合理的推測。&34; Conselice說。

在最新的論文中，他與合作者Tom Westby就做出了兩個非常大膽的假設。

▎對外星文明的悲觀預測

在第一個假設中，Conselice與Westby不能免俗地用地球這個唯一已知產生了智慧生命的行星，作為其他類似文明的範例。

人類在地球形成後約45億年出現，並開始向太空發射無線電波。兩位研究者假設，根據哥白尼原理，其他&34;、處於宜居帶的行星，在形成後50億年內也會產生智慧生命。

研究者還將這一假設分為強弱兩種限制情況。在強限制中，所有類似地球的行星，在形成後45億年~55億年間一定會產生智慧生命。強限制下的計算結果是：銀河系中至少存在36個外星文明。此結果的誤差範圍較大（4個到211個），但總體而言不樂觀。&34;（SETI）的天文學家Seth Shostak玩笑般指出，這比《星際迷航》中出現的外星人種族還少幾十個。

△新論文中，作者提出的外星文明計算方程。新方程在邏輯上與德雷克方程類似，但假定所有類地行星都將產生智慧生命（來源：omnicalculator.com）

而在弱限制中，類似地球的行星在形成50億年後的任意時間點都可能產生生命，但其延續時間最長也不會超過50億年——弱限制的情況讓人看到更多希望，其計算結果是：銀河系至少存在100~3000個能夠與我們溝通的外星文明。

考慮到銀河系的廣袤，研究者最樂觀的估計（3000個文明可進行星際通訊）也顯得十分微不足道——銀河系約有2500億顆恆星，大部分恆星都伴隨行星，為什麼概率這麼渺茫？

最大的限制因素在德雷克方程中已有體現，那就是外星文明的壽命。德雷克方程中的前6項，能夠告訴我們智慧文明產生的概率，但最後一項限制了這些文明能不能被找到——即使銀河系產生了大量的外星文明，如果其中多數都已耗盡資源或最終毀滅，也不會與人類建立溝通。

人類才掌握無線電技術100年左右，就同時面臨著核戰爭和氣候變化兩大危機。高等文明能夠持續多久，大概取決於如何應對這些&34;。

△滅霸：&34;

在最新的論文中，兩位作者在文明的延續方面較為悲觀。他們的第二個假設，極大地限制了所得通訊文明的數量：外星文明向銀河發射信號的持續時間，有著和人類文明一樣的最低值，即100年。如果將這一期限稍作延長的話，預計能找到的文明數量會顯著增長。但這個期限具體應該是多長？人類文明還太過年輕，大概還無法回答這個問題。

▎反對的聲音

這項研究的結論，許多天文學家不以為然，甚至提出異議。他們認為，研究中第一項假設（類地行星必然產生生命）過於樂觀，而第二項假設（文明最短只能延續100年）又過於悲觀了。

有學者提出，以地球為唯一樣本，或者作為絕對的&34;是不妥的，因為人類有嚴重的&34;，把自身的成功經歷套用到整個銀河系不太嚴謹。比如，我們的太陽就不屬於銀河系中常見的紅矮星，而是&34;。另外，和地球形成時間差不多的火星也處於宜居帶內，但那裡至今沒有智慧生命的跡象。

△太陽屬於G型主序星，這類恆星在銀河系中的比例遠小於M型紅矮星（來源：quora.com）

此外，&34;的概念目前也比較模糊，許多類地行星並不完全和我們所理解的地球類似。例如，&34;這樣的極端熔巖行星也被歸入類地行星，但該行星上的環境可謂&34;，大概無法產生生命。

統計學家在無法對整個群體進行取樣的時候，往往會取一定數量的樣本，然後總結出規律（例如對野生動物的研究）。問題在於，天文學家只有地球這麼一個樣本——更小的樣本量會導致統計結果更大的不確定性。這是本研究，也是德雷克方程的硬傷。

Conselice表示，他們很清楚這類研究的局限性，但這不妨礙他們做出自己的大膽猜測。預測外星生命的存在是有趣的思維實驗，但在我們真正與其他文明取得聯繫之前，各種方式的預測，誰也談不上不比誰更準確。

▎遠方的&34;

其實，無論此研究的預測結果是&34;還是10億，理論上的爭議都取代不了可檢驗的真相。最終能為這個問題一錘定音的，還是我們直接與外星文明取得聯繫。

以銀河系的尺度來說，&34;的答案其實比起&34;好不到哪去。如果外星人真的比大熊貓還要稀有的話，人類大概還要花上成百上千年，才能找到其中一個。

更何況，如果將36個文明平均散布在銀河系各處的話，最近的智慧生命離我們平均有1.7萬光年那麼遠，並圍繞著一顆M型低質量矮恆星公轉（這類恆星比太陽更穩定）。談到保持社交距離，外星人可是認真的。

按照這種遙遠距離，靠今天的通訊技術是無法有效與星際文明取得聯繫的，給外星人發來的朋友圈點個讚，來回一圈至少需要3.4萬年。也就是說，或許我們在銀河系中並不孤獨，只是和&34;們離得太遠了。

Conselice說，不斷尋找外星生命的過程，也能給地球的命運帶來啟示。&34;

尋找星際鄰居，人類還需要有足夠的耐心。即便是如今最大規模的系外行星搜尋任務，也只觀測了銀河系的一個小角落而已。Westby和Conselice指出，目前人類已觀測過的銀河比例，相當於一個遊泳池的水和整個地球的海洋相比。

△人類對系外行星的觀測，目前還局限於銀河系的一隅（來源：nasa.gov）

換句話說，如果人類真想有朝一日和外星人進行溝通，首先就必須維護地球的宜居性——我們不僅要仰望星空，還要保護腳下這片養育自己的土地。36這個數字未必準確，但它告訴我們地球的珍貴、智慧生命的來之不易。

但人類的孤獨，也可能有另一種原因——銀河中恆星的平均壽命是98億年、其中97%的恆星壽命超過50億年，相比之下，46億歲的太陽算是很年輕的了。Westby認為，或許50億年前的銀河系曾經熱鬧非凡，但幾十年後那些銀河文明都消失了。&34;他說。