如何算一算外星文明的數量？

德雷克方程

尋找外星文明并非科學怪人和陰謀論者的專利，天文學家——尤其是那些伶俐的天文學家——一向專注于這個范疇，他們甚至締造出一個方程來計較找到外星文明的可能性。

1961年，美國天文學家弗蘭克·德雷克就起首寫下了德雷克方程，試圖計較銀河系中那些活躍的、有著發財科技而且可以或許與人類交流的外星文明的數目。方程如下：

N=R*×f_p×n_e×f_l×f_i×f_c×L，

此中：

N代表外星文明的數目

R*代表銀河系內恒星的數目

f_p代表恒星系具有行星的概率

n_e代表每個恒星系統中具有宜居行星的概率

f_l代表宜居行星孕育出生命的概率

f_i代表生命進化出智能生命的概率

f_c代表智能外星文明用人類可以識此外科技手段標的目的太空傳布信息的概率

L代表在行星整個壽射中今朝存在外星文明的概率

德雷克方程中的未知量別離取自天文學、地質學、生物學以及人類學，每一個未知量的存在都以前一個未知量的存在為前提，邏輯上環環相扣，算得上是一個很伶俐的方程式。

德雷克方程提出后，天文學家在一段時候里對這個式子并沒有太大決定信念。起首，式子中的未知量的代入值難以確定，20宿世紀60年月，天文學家甚至還不知道太陽系外的恒星是否真的擁有行星。其次，德雷克方程寫在宇宙大爆炸學說被驗證之前，以已經偏離天文學本家兒流理論的恒穩態宇宙模子（恒穩態宇宙模子認為，宇宙的曩昔、此刻和未來根基上處于統一種狀況，從布局上說是恒心猿意馬的，從時候上說是無始無終的）為根本，天文學家感覺R*的數值難以確定。別的，被德雷克方程所激勵的“搜尋地外文明打算”——用無線電旌旗燈號尋找外星人——也是泥牛入海無動靜，找到外星文明的前景并不樂不雅。

不外，此刻已經是2019年，天文學家已經領會了很多人類1961年還不曾領會的宇宙常識，他們可以批改方程中未知量的數值，相對靠譜地計較一下外星文明的數目。下面我們就來看一看天文學家最新的計較方式吧。

計較宜居的行星

1．R*：銀河系內恒星的數目

今天，宿世界各地的天文臺已經做了多次全景巡天和深巡天，天文學家可以簡單地看清銀河系有多長、多寬、中間的隆起有多厚，他們經由過程不雅察就可以或許估量出恒星的數目，天然不需要去理會宇宙大爆炸學說了。天文學家已經告竣共識：銀河系中恒星的數目在2000億～4000億之間。相差僅兩倍的不確定性是可以接管的，樂不雅的天文學家會傾標的目的于選用一個最大的數字——4000億。

2．f_p：恒星系具有行星的概率

在曩昔的20年中，借助壯大的太空千里鏡，新發現的系外行星像雨后春筍那樣紛紛“破土而出”，好比美國航空航天局2009年發射的開普勒太空千里鏡，它已經明白發現了跨越130顆系外行星，還探測到3000多顆有待確認的潛在行星。這些新的發現，賜與了天文學家有關銀河系內系外行星數目的普查數據。按照普查成果，天文學家認為，恒星系具有行星的概率至少有80%，樂不雅點，f_p取1也是可以的。

3.n_e：恒星系統中具有宜居行星的概率

一顆正值丁壯的恒星，是否可以或許“支撐”起一片適宜棲身的生命宿世界呢？一顆近似于太陽的恒星——帶有太陽的質量、半徑和壽命——是可以做到的，人類文明的存在就是證實。可是，更大、更重的恒星可以么？有時辰，太大意味著燃燒得太快，以至于恒星進入老年末年時生命還沒來得及呈現。一顆低質量的恒星也不保險，因為小恒星可能不太不變，它會時常閃灼，吹走行星的大氣層或者發出足量的紫外線，殺死生命。

別的，天文學家還要考慮很多問題。好比，恒星系中是否有足夠的重元素來撐持生命勾當，或者恒星在銀河系中所處的位置是否平安——若是恒星接近黑洞或者位于紊亂喧嘩的銀河系中間，那邊就很難呈現宜居宿世界。即便恒星的問題可以或許搞清晰，宜居的尺度也是難以鑒定的——地球當然是宜居的，然而在早期的太陽系中，地球和金星、火星的天然前提其實是相似的，但后者此刻必定是一片不毛之地；外太陽系的木衛二和土衛二都帶有地下海洋，可能埋沒著尚未被發現的地下生命，那么這兩顆衛星應不該該被視為宜居宿世界呢？

所以，很多問題都是說不清的，天文學家只能做出一個保守的估量：銀河系中至少1/4的恒星可以擁有一個潛在的宜居行星。

不確定的未知量

4.f_l：宜居的宿世界可以或許發生生命的概率

前面的三項乘起來，天文學家獲得了一個銀河系中宜居行星的保守數目：1000億——這是個不錯的數字。可是，方程中后面的4項才是更大的挑戰，因為這4項加倍難以確定。

在所有宜居的星球上，天然界若何邁出從非生命到生命的第一步？原始生命發源于星際物質仍是海洋或者大氣層？對于這些問題，我們甚至還沒法給出太陽系自身的謎底。樂不雅點說，生命從宜居宿世界中呈現的概率可能有10%，但也可能是極小的，不足百萬分之一或者更糟。

天文學家可以給“fl”選擇任何一個數字——別的一個隨意的數字也不見得強幾多。或許在將來的某一天，天文學家將有能力用千里鏡手藝測心猿意馬各類系外行星的大氣層的當作分，找到甲烷、氧氣和二氧化碳等生命所需的物質，但這些充其量也只是間接證據。所以，若是天文學家認為，一個潛在的宜居宿世界降生生命的可能性有萬分之一，這就意味著銀河系中可能有1000萬個生命宿世界存在。

5.f_i：生命可以進化出智能生命的概率

界說一種生命是否智能其實是很迷糊的，就連頂尖的生物學家都在爭論：海豚、類人猿或者什么此外動物是否是智能的。可是，沒有人會思疑，高檔生命的身體是復雜并且高度分化的，即高檔生命體以宏不雅的多細胞的體例擺列組合，形當作具有分歧功能和布局的器官和組織。所以，為了簡化問題，生物學家可以暫且拋開智不智能的爭論，先切磋一下高檔生命呈現的概率。

在第一個多細胞生命呈現之前，“生命”這種工具已經在地球上“摸爬滾打”了20億年。多細胞生命呈現之后，又花了數億年，生命才成長出帶有性別差別的兩性功能。沒有這兩個汗青階段，單細胞生命就不成能被裁減，或者它們只能進化當作更大的單細胞。但生命有多大的概率會在成長的過程中走出這“兩步”？生物學家只有地球這獨一一個“數據嘗試室”。假設“fi”有千分之一的概率，那么銀河系中會呈現1萬個存在高檔生命的宿世界。考慮到恒星與恒星之間的平均距離，這意味著每隔幾百光年，我們就可以或許發現一個新的“地球”。

6.f_c：智能外星文明用人類可以識此外科技手段標的目的太空傳布信息的概率

樂不雅點，f_c可以取值為1——這也不見得有何等不合理。

不足1的計較成果

7. L：在行星整個壽射中今朝存在外星文明的概率

這是一個超等難回覆的問題。為了讓這個問題有個相對合理的沖破口，我們就不要在乎外星人是否履歷了第一次或者第十次科技革命，也不要在乎它們是否在戰爭中自我撲滅或者有入侵太空的野心。天文學家只需要關心：外星人是否像人類一樣伶俐。若是是的話，這就意味著它們也有科技文明。

當然，除了地球之外，沒有任何外星科技文明的數據可以參考。那我們就看看地球的“L”值吧。在地球上，寒武紀大爆發距今已經5億年，但地球上只成長出人類一種科技發財的物種，并且人類成長現代科技的時候也僅有戔戔幾百年。假設人類按照現在的狀況繼續保存幾千年，這就意味著地球壽射中，人類處于高科技狀況的時候可以占到十萬分之一。也就是說，即使銀河系中有1萬種會制造飛碟的外星文明，那么它們可以或許實時碰到人類文明的數目也只有0.1。

按照這樣的計較，對于人類而言，銀河系中外星文明的數目只有0.1（我們可以將其理解為10%的概率）。這個數字當然不太精確，但今朝，精確計較這個問題是不成能的。

其實，人類摸索外星文明的事業才方才起步，與其糾結于這個布滿不確定性的公式，還不如積極地用科學手段去搜刮太空，也許，人類很快就會有驚人的發現。