恆星處於星系宜居帶的位置是誕生生命的關鍵條件

【作者：餘生】

如果要去尋找一個外星文明存在的證據，目前最有效的手段是觀察宜居的星球大氣裡面有沒有氧分子，更確切的說有沒有足夠多的氧分子，前提是以地球上生命的形式所需要的氧氣作為判決依據。對於更加遙遠的恆星系統搜索外星文明可能存在的證據，目前藉助的是 「電磁輻射」：一種是：「無線電監測」，另一種是：「紅外監測」。

「無線電監測」

假設我們是外星文明，我們要和周圍的其他鄰居進行通信交流，就必須要選擇一個合適的電磁波範圍，這個電磁波的範圍應該具有以下的特點：

1.在整個星系裡面甚至在整個宇宙空間裡面都是可以自由傳輸的。

2.具有比較低的背景噪音。

科學家在進行射電觀測的時候發現有兩條譜線恰好滿足這些條件，這兩條譜線其中一條是中性氫原子產生的21釐米譜線，21釐米指的是它的波長，另外一條譜線是羥基分子所產生的18釐米譜線，1個氫原子和1個羥基分子結合起來就是1個水分子，水分子其實就是生命形成的一個必要條件。

無論是21釐米的譜線還是18釐米的譜線，它們都具有一個特點——在整個的射電連續譜的背景上面，它們恰好處於一個背景噪音比較低的區間。

無論是來自於恆星自身的射電輻射，還是來自於星系的背景輻射，它們都避開了在20釐米左右波長的區間，這就使得它們容易被檢測到。另一方面，氫原子和羥基分子在銀河系裡面是廣泛存在的，這就意味著如果我們想要和外星文明進行通信，氫原子的21釐米譜線和羥基分子的18釐米譜線是兩條最佳的通訊聯繫的方式。

圖解：H/氫原子的21釐米譜線，OH/羥基分子的18釐米譜線

21釐米譜線是如何產生的？

「氫原子」是由一個質子加上一個電子構成的，電子在繞著原子核也就是質子做軌道運動，但是同時電子還在自旋，電子自旋的方向可以和質子軌道運動方向是一致的，也可以是相反的，在這兩個不同的狀態下，氫原子的能級是不一樣的。

如果它們之間發生躍遷就會導致光子的產生或者是吸收，這個光子的波長就是21釐米，當然這種自發的兩個能級之間的躍遷是非常難發生的，對一個氫原子來講1,000萬年才發生一次，所以概率特別低，但是在銀河系裡面氫原子的數量太多了，這就使得能級之間的躍遷變得很頻繁。

圖解：能級之間的躍遷

「紅外監測」

這個方法起源於一個假設，這個假設叫做「戴森球」，是由英國的一位天文學家戴森提出來的，如果有一個高度發達的文明，它們如果想要得到大量的能量，或許它們會採取在恆星周圍建造一個裝置，這個裝置是用來吸收恆星所發出來的能量，今天的地球也在吸收太陽光，但是地球上所得到太陽光的能量僅僅是太陽總光度的1/22億，所以這個效率是非常低的，如果這個文明可能在恆星周圍建設了這麼一個裝置的話，就可以高效地利用太陽光。

而另一方面，那麼這個包裹恆星的裝置受到加熱之後，自身的溫度會升高同時也會產生紅外輻射，所以看到某些恆星有特別異常的紅外輻射，或許就是由高度發達的外星文明建造的，在射電監測的過程裡面，科學家在選擇候選天體的時候，也往往先去選擇那些在紅外波段看上去有異常現象的恆星。

既然外星文明似乎是在銀河系裡面是普遍存在的，為什麼我們看不到它們？

關於這個問題，可以從兩方面來做做一點簡單的解釋，首先從外星文明的角度來看這個問題，從它們的角度來看可能有兩種原因：

第1原因：它們不願意和其他文明接觸，並不是所有的外星文明都願意和相鄰的文明進行通信交流。

在《三體》小說裡面作者提出了兩條法則，第一條法則叫做宇宙裡面的總能量是守恆的，第二條是生存永遠是第一位的，所在外星文明了解到這些法則之後，它們或許就不願意暴露自己的蹤跡，這可能是第1個原因。

第2原因：它們做不到與其它文明交流，一方面和技術有關係，另一方面也可能跟文明本身有關係。

技術：我們搜索外星文明用了氫原子的21釐米譜線，用了紅外監測的辦法，但是歸根結底我們都是利用電子波段的輻射來進行搜尋的，但是我們並不清楚外星文明已經進化到什麼樣的程度了，或許它們早就不用這些過時的、落後的方法和工具了。

舉例說明：

如果在30年前，人們普遍地利用書信的方式進行通信，在那個時候你有沒有可能想像到通過手機進行相互的聯絡呢？

文明本身的關係：一個外星文明它所能夠存在的時間，或許遠遠沒有達到100萬年，可能因為各種原因它消失了，所以當我們去探測它們的時候，它們可能早就已經不存在了或者是其它原因。

「餘生」總結：恆星處於星系宜居帶的位置是誕生生命的關鍵條件

地球上的生命是獨特的，這給我們對於宇宙的認識帶來了一定的衝擊，因為地球是一個普通的具有代表性的星球，但是科學家對這樣的回答沒有十足的把握。在地球上形成生命所需的條件是十分苛刻的，不單止要求行星要處於宜居帶內，而且要求恆星也要處於宜居帶內，恆星的宜居帶是由以下幾個因素決定的：

第一個：在距離星系核心的空間區域裡面必須有足夠多的恆心，並且這些恆星容易具有巖石行星。

第二個：在這些行星上形成的生命，有比較少的機會受到外來的威脅。

第三個：在距離星系中心不同半徑的地方，恆星形成演化的物理過程是不一樣的。

隨著從星系的中心到邊緣，按照這個趨勢的變化的話，那麼恆星的形成率是在下降的，這意味著越靠近星系的核心恆星形成的越快，越遠形成就越慢，從這個角度來講恆星系統更可能出現在半徑比較小的區域，另一方面如果說恆星形成比較快的話，那麼它的演化會導致更多的重元素會流失到周圍的星際空間裡面去，所以它會使得巖石行星更容易形成，所以它也更趨向於使得生命偏向於靠近星系的核心，但是另一方面它也會帶來不利的影響。

如果一個行星系統離星系的核心太近的話，那麼星系核的超大質量黑洞的吸積過程、活動過程所產生的高能輻射會對行星產生不利的影響。另一方面如果行星系統處於一個恆星高度密集的區域，附近發生的超新星爆發也會傷害到生命，從很簡單的超新星能量爆發的數量就可以估計出來，如果在太陽附近30光年的地方出現了一顆超新星，那麼整個地球上的生命都會被摧毀掉，所以行星系統又不能夠離星系核心太近。

第四個：行星系統的軌道運動與旋臂的運動是否是同步的。

太陽系在繞著銀河系的中心做軌道運動，運動的角速度比旋臂的角速度要稍高一些，所以未來太陽系會進入到一條旋臂裡面去，如果發生了這樣的情況，對生命會有很大的影響。

因為旋臂是恆星和星際物質比較集中的區域，當太陽系位於一條旋臂之內，那麼在我們周圍的氣體和塵埃的數量就會大大的增加，因此地球得到太陽輻射的強度就會減弱。

對於以上幾個不同因素的綜合發現，在銀河系裡面宜居帶只是一個半徑在2.3~2.9萬光年的狹窄帶裡，在銀河系宜居帶裡面恆星的總數目和銀河系裡面恆星總數目兩者之比小於5%，也就是只有5%的恆星有可能具有宜居的可能性。

推薦閱讀

【作者：餘生】

【編輯：天體生物學·黃姤】

【旁述：太空生物學·黃媂】