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银河系中有多少个地外文明? 科学家算出了答案:36个!

来源:科技日报2020-07-06 08:51

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  近日,在一篇发表于《天体物理学》杂志上的论文中,英国诺丁汉大学的天体物理学家汤姆·韦斯特比和克里斯托弗·J·康塞利斯估算出了银河系中地外文明的数量:银河系中可能存在至少36个与地球文明类似的、具有无线电交流能力的外星文明。

  宇宙中是否存在地外文明一直是一个热门话题,有人对此坚信不疑,也有人对此保持怀疑。那么对于天文学家呢?他们是否相信地外文明的存在?是否已经拥有更加科学的“证据”?

  人类为何并不孤单?

  要从“哥白尼原理”说起

  天文学中有个著名的“哥白尼原理”——地球在宇宙中的位置并无任何特殊。有时也表述为,宇宙中任何一个地方的观测者都会看到和我们所见同样的大尺度结构图像,这已经被众多天文观测所证实。更进一步,有人认为生命在宇宙中也并不特殊,既“天体生物学哥白尼原理”。尽管到目前为止人们还没有真正找到系外生命,但众多天文学家都对这一“原理”持肯定态度。因为它正得到越来越多间接观测数据的支持。

  通过天文观测人们发现,仅银河系中就有至少两千亿颗恒星,而宇宙中的星系总数则是在几千亿颗以上!其中的行星也绝不罕见,从1995年人类发现第一颗系外行星起,到现在短短20多年,就已发现了4100多颗。根据这些数据,人们根据概率论已经可以相当有把握地估算出,银河系内恒星周围的宜居带中存在类地行星的概率约为19%,也就是说像地球这样的行星在银河系中至少有400亿颗。如果人类文明是唯一的,那么文明存在的概率就只有不到400亿分之一,这违背了概率论中的“小概率事件原理”。因此天文学家才能断定,我们银河系中一定还存在其他文明。

  当然,这里有一个需要注意的问题,即“天体生物学哥白尼原理”的直接数据来源只有一个,那就是地球。基于单个数据外推风险很大,因此上述结论也并不绝对。虽然目前并不能完全确定需要考虑多少参量,不过从概率上来说,小概率抵不过大基数,天文学家才会有把握地认为它是正确的。

  36个类地文明?

  有这3个限定条件

  因为只有地球这一个数据点,英国诺丁汉大学天体物理学家汤姆·韦斯特比和克里斯托弗·J·康塞利斯就以地球的形成环境和历史来限制地外文明的形成条件,并推断“可交流文明”(掌握了无线电通信技术的文明)的数量。

  首先,因为地球文明的诞生时间应该在50亿年左右,所以系外文明所在的母恒星年龄必须要大于50亿年。其次,它应该诞生在像地球这么大、位于恒星周围宜居带内的岩质行星上。第三,这个恒星系统要拥有足够的重元素,例如铁、铜等金属元素,否则将无法发展出类地文明。

  因此,他们给出了计算银河系中可交流文明数量的方法——N=N*·fL·fHZ·fm·(L/t′)。其中,N*是银河系内恒星的总数;fL是年龄在50亿年以上的恒星比例;fHZ是拥有合适的行星系统的恒星比例;fm是具有足够多金属元素的恒星比例;L是可交流文明的平均寿命,即自文明有能力进行无线电通讯之日起到它灭亡的平均时间;t′是(智慧)生命演化的平均可用时间。以地球为例,可以估算为从恒星形成之后50亿年起到今天的这段时间的平均值。例如,对一个当前年龄为80亿年的类地行星系统,其生命演化可用时间就是30亿年。

  根据最新的观测数据,并将限制条件按照强弱分成12个等级,他们得到了如下结论:银河系中像地球这样的文明有36个。

  进化了50亿年的外星人?

  仍有很大不确定性

  研究人员认为他们给出了银河系中类地球文明的数量下限,而且还进一步计算出,距离我们最近的类地球文明,应不超过17000光年。不过文中给出的公式,让人不禁产生疑问:和德雷克公式相比,这个公式里有些参量可能并不独立。例如银河系里恒星的平均金属丰度和平均年龄,即fL和fm可能就不是独立变量,虽然相关性很小,对结果可能没有影响;同样fHZ也未必和其他参量无关,直接将它们的概率相乘或许并不完全准确,研究人员也并未对此在文中进行进一步的分析。此外,文中显示t′=48±5.5亿年,这意味着在银河系中的类地行星上诞生的文明,他们的平均演化时间已有将近50亿年。如果真是如此,那么银河系中将有大量地外文明已经比我们多进化了几十亿年!他们的文明程度将难以想象。

  总之,估算有多少外星文明仍然存在很大的不确定性,今后人们必将随着观测数据的增加而给出更精确的估计。(李 鉴 作者系北京天文馆研究员)

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