你是否憧憬過外星人?如果有,快來看看它們存在的可能性有多大吧

2020-12-06 天文在線

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1961年,著名的天文學家和天體物理學家法蘭克·德雷克(Frank Drake)制定了一個方程式,用於估算銀河系在任意特定時刻的外星文明的數量。這個公式被稱為「德雷克方程式」(Drake Equation),它是一個概率論證,旨在為地外文明探索(SETI)建立一些背景。顯然,這個公式是理論性的,其中的大多數變量仍然沒有得到很好的限制。

例如,如今儘管天文學家們可以自信地談論新恆星的形成速度以及擁有系外行星的恆星的可能數量,但是他們無法說出其中有多少行星有可能支持生命的存在。幸運的是,最近哥倫比亞大學的大衛·基平(David Kipping)教授進行了一項統計學分析,結果表明,充滿生命的宇宙是「最受青睞的選擇」。

Kipping是哥倫比亞大學天文學系的助理教授,也是系外行星和衛星的研究員。同時,他還是哥倫比亞酷世界實驗室(Cool Worlds Lab)的負責人,該小組致力於探測和分析可能適合居住的系外行星。他的一篇名為「一項對生命早期開始和人類晚期到來的客觀的貝葉斯分析」的最新研究成果發表在《美國國家科學院院刊》上。

德雷克方程式,是描述在宇宙中發現生命或先進文明的概率的數學公式。圖片[u1] 來源:羅切斯特大學。為了研究的目的,Kipping教授考慮了地球上生命的年表,從最早的微生物的跡象到複雜的生物體(如人類)的出現。之後,他提出了一個問題:如果此年表一次又一次地向前和向後運行,生命(以及智慧生命的啟動)多久會重新出現一次。最終,他找到了四個可能的答案:

1. 生命是普遍存在的,並且通常會進行智力的發展

2. 生命是很罕見的現象,但是普遍會發展其智力

3. 生命是普遍存在的,但是極少能發展其智力

4. 生命是很罕見的,並且其智力發展的機會也很少

吉平教授用貝葉斯算法技術,對四種可能進行了統計分析和權衡比較。貝葉斯算法可以根據我們對以往發生的事件的認知,對未知事件進行推測。吉平教授向哥倫比亞新聞透露:

「貝葉斯算法的結果告訴我們,生命產生過程保留下來的任何一點點原始的可能性,都經過了過層層選擇。有一個很重要的結論是,計算常見的生命形式產生的可能性,要比計算稀有的生命形式產生的可能性,難度上要多九倍……這種分析就像下注一樣。它本質上是一個正反饋循環,不斷地用更新的證據一遍遍的推算,以幫助我們估計事件可能性。」

(插圖:約350萬年前,我們的猿人先祖走在星團光芒的照耀下。圖片來源:NASA, ESA, G. Cecil (UNC, Chapel Hill), and J. DePasquale (STScI))

與之相反的是,人類已知最早的生命證據,是在海底矽石礦床中發現的細菌化石。基於對碳-13衰變的測定,這些礦床在地球海洋形成之後僅僅3億年就形成了。也就是說,地球生命出現在距今35億年前,即地球形成後大約10億年。這在地質年代的尺度上,是相當快的。

基於這一點,吉平教授認為,在氣候條件和進化時間線與地球類似行星上,自發出現的生命的機率非常高——至少為3倍於地球甚至可能更高。與此同時,行星誕生後進化的越久、生命形式越複雜,產生的機率就越小。吉平說:「如果重新推演地球的過去,生命出現的機率其實不是很大……人類生命在行星演化過程中如此迅速的出現,又能如此成熟的進化,這無疑是非常偶然的。這項研究可以幫助我們把這種偶然性進行量化。」

例如,當地球上出現海洋後,過了幾億年,單細胞生物形成,而真核細胞生物和多細胞生物又多花了15億到20億年的時間才出現。在此期間,寒武紀延續了數十億年光陰(約5.41億年前),地球上的生物出現了多樣化的特徵。

一項新研究表明,生命或許能夠常常存在,但很少能達到衍生出智慧的水平。 製作由:美國國家航空航天局 那麼,複雜特殊的外星生命擁有智慧的可能性有多大呢?根據Kipping教授的研究,這個機率僅僅是3:2,也就是說很少會有那樣的生命。當然這還是建立在人類遲遲出現於進化史上、受庇於地球宜居環境的前提下,這說明這進化不易而且充滿變數。

Kipping教授研究的表面價值在於告訴我們,當宇宙中有許多生命時,複雜程度的生命是十分稀少的。然而,他也指出這項研究中出現的比率並不是絕對的(接近於50:50),而這些發現也應該被看成是一種精確的假設,而不是結論。

他這樣認為:"這項分析並非十分肯定、能夠保證的,只是一些在地球上發生過事情在數據上的可能性。但是,令人振奮的是,這項研究認為宇宙是充滿生命的,因此對於地球以外生命的探索依然值得進行下去。"

這項研究像德雷克公式那樣子,為思考提供素材而不是確鑿的證據,它也表明,從數據上來講,外星生命應該是非常普遍的。儘管智慧生命可能要更稀有一點,數量上還是很可觀的。唉,除非我們能用新一代望遠鏡或星際探測器去觀測其他星系,否則是不會知道更多的。

作者

FY:Astronomical volunteer team

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