銀河系中有多少個地外文明? 科學家算出了答案:36個!

李 鑒

2020年07月06日09:19  來源:科技日報
 
原標題:銀河系中有多少個地外文明? 科學家算出了答案:36個!

近日,在一篇發表於《天體物理學》雜志上的論文中,英國諾丁漢大學的天體物理學家湯姆·韋斯特比和克裡斯托弗·J·康塞利斯估算出了銀河系中地外文明的數量:銀河系中可能存在至少36個與地球文明類似的、具有無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熱門話題,有人對此堅信不疑,也有人對此保持懷疑。那麼對於天文學家呢?他們是否相信地外文明的存在?是否已經擁有更加科學的“証據”?

人類為何並不孤單?

要從“哥白尼原理”說起

天文學中有個著名的“哥白尼原理”——地球在宇宙中的位置並無任何特殊。有時也表述為,宇宙中任何一個地方的觀測者都會看到和我們所見同樣的大尺度結構圖像,這已經被眾多天文觀測所証實。更進一步,有人認為生命在宇宙中也並不特殊,既“天體生物學哥白尼原理”。盡管到目前為止人們還沒有真正找到系外生命,但眾多天文學家都對這一“原理”持肯定態度。因為它正得到越來越多間接觀測數據的支持。

通過天文觀測人們發現,僅銀河系中就有至少兩千億顆恆星,而宇宙中的星系總數則是在幾千億顆以上!其中的行星也絕不罕見,從1995年人類發現第一顆系外行星起,到現在短短20多年,就已發現了4100多顆。根據這些數據,人們根據概率論已經可以相當有把握地估算出,銀河系內恆星周圍的宜居帶中存在類地行星的概率約為19%,也就是說像地球這樣的行星在銀河系中至少有400億顆。如果人類文明是唯一的,那麼文明存在的概率就隻有不到400億分之一,這違背了概率論中的“小概率事件原理”。因此天文學家才能斷定,我們銀河系中一定還存在其他文明。

當然,這裡有一個需要注意的問題,即“天體生物學哥白尼原理”的直接數據來源隻有一個,那就是地球。基於單個數據外推風險很大,因此上述結論也並不絕對。雖然目前並不能完全確定需要考慮多少參量,不過從概率上來說,小概率抵不過大基數,天文學家才會有把握地認為它是正確的。

36個類地文明?

有這3個限定條件

因為隻有地球這一個數據點,英國諾丁漢大學天體物理學家湯姆·韋斯特比和克裡斯托弗·J·康塞利斯就以地球的形成環境和歷史來限制地外文明的形成條件,並推斷“可交流文明”(掌握了無線電通信技術的文明)的數量。

首先,因為地球文明的誕生時間應該在50億年左右,所以系外文明所在的母恆星年齡必須要大於50億年。其次,它應該誕生在像地球這麼大、位於恆星周圍宜居帶內的岩質行星上。第三,這個恆星系統要擁有足夠的重元素,例如鐵、銅等金屬元素,否則將無法發展出類地文明。

因此,他們給出了計算銀河系中可交流文明數量的方法——N=N*·fL·fHZ·fm·(L/t′)。其中,N*是銀河系內恆星的總數﹔fL是年齡在50億年以上的恆星比例﹔fHZ是擁有合適的行星系統的恆星比例﹔fm是具有足夠多金屬元素的恆星比例﹔L是可交流文明的平均壽命,即自文明有能力進行無線電通訊之日起到它滅亡的平均時間﹔t′是(智慧)生命演化的平均可用時間。以地球為例,可以估算為從恆星形成之后50億年起到今天的這段時間的平均值。例如,對一個當前年齡為80億年的類地行星系統,其生命演化可用時間就是30億年。

根據最新的觀測數據,並將限制條件按照強弱分成12個等級,他們得到了如下結論:銀河系中像地球這樣的文明有36個。

進化了50億年的外星人?

仍有很大不確定性

研究人員認為他們給出了銀河系中類地球文明的數量下限,而且還進一步計算出,距離我們最近的類地球文明,應不超過17000光年。不過文中給出的公式,讓人不禁產生疑問:和德雷克公式相比,這個公式裡有些參量可能並不獨立。例如銀河系裡恆星的平均金屬豐度和平均年齡,即fL和fm可能就不是獨立變量,雖然相關性很小,對結果可能沒有影響﹔同樣fHZ也未必和其他參量無關,直接將它們的概率相乘或許並不完全准確,研究人員也並未對此在文中進行進一步的分析。此外,文中顯示t′=48±5.5億年,這意味著在銀河系中的類地行星上誕生的文明,他們的平均演化時間已有將近50億年。如果真是如此,那麼銀河系中將有大量地外文明已經比我們多進化了幾十億年!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數據的增加而給出更精確的估計。

(作者系北京天文館研究員)

(責編:趙竹青、呂騫)