如何算一算外星文明的数量？

德雷克方程

寻找外星文明并非科学怪人和阴谋论者的专利，天文学家——尤其是那些伶俐的天文学家——一向专注于这个范畴，他们甚至缔造出一个方程来计较找到外星文明的可能性。

1961年，美国天文学家弗兰克·德雷克就起首写下了德雷克方程，试图计较银河系中那些活跃的、有着发财科技而且可以或许与人类交流的外星文明的数目。方程如下：

N=R*×f_p×n_e×f_l×f_i×f_c×L，

此中：

N代表外星文明的数目

R*代表银河系内恒星的数目

f_p代表恒星系具有行星的概率

n_e代表每个恒星系统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代表生命进化出智能生命的概率

f_c代表智能外星文明用人类可以识此外科技手段标的目的太空传布信息的概率

L代表在行星整个寿射中今朝存在外星文明的概率

德雷克方程中的未知量别离取自天文学、地质学、生物学以及人类学，每一个未知量的存在都以前一个未知量的存在为前提，逻辑上环环相扣，算得上是一个很伶俐的方程式。

德雷克方程提出后，天文学家在一段时候里对这个式子并没有太大决定信念。起首，式子中的未知量的代入值难以确定，20宿世纪60年月，天文学家甚至还不知道太阳系外的恒星是否真的拥有行星。其次，德雷克方程写在宇宙大爆炸学说被验证之前，以已经偏离天文学本家儿流理论的恒稳态宇宙模子（恒稳态宇宙模子认为，宇宙的曩昔、此刻和未来根基上处于统一种状况，从布局上说是恒心猿意马的，从时候上说是无始无终的）为根本，天文学家感觉R*的数值难以确定。别的，被德雷克方程所激励的“搜寻地外文明打算”——用无线电旌旗灯号寻找外星人——也是泥牛入海无动静，找到外星文明的前景并不乐不雅。

不外，此刻已经是2019年，天文学家已经领会了很多人类1961年还不曾领会的宇宙常识，他们可以批改方程中未知量的数值，相对靠谱地计较一下外星文明的数目。下面我们就来看一看天文学家最新的计较方式吧。

计较宜居的行星

1．R*：银河系内恒星的数目

今天，宿世界各地的天文台已经做了多次全景巡天和深巡天，天文学家可以简单地看清银河系有多长、多宽、中间的隆起有多厚，他们经由过程不雅察就可以或许估量出恒星的数目，天然不需要去理会宇宙大爆炸学说了。天文学家已经告竣共识：银河系中恒星的数目在2000亿～4000亿之间。相差仅两倍的不确定性是可以接管的，乐不雅的天文学家会倾标的目的于选用一个最大的数字——4000亿。

2．f_p：恒星系具有行星的概率

在曩昔的20年中，借助壮大的太空千里镜，新发现的系外行星像雨后春笋那样纷纷“破土而出”，好比美国航空航天局2009年发射的开普勒太空千里镜，它已经明白发现了跨越130颗系外行星，还探测到3000多颗有待确认的潜在行星。这些新的发现，赐与了天文学家有关银河系内系外行星数目的普查数据。按照普查成果，天文学家认为，恒星系具有行星的概率至少有80%，乐不雅点，f_p取1也是可以的。

3.n_e：恒星系统中具有宜居行星的概率

一颗正值丁壮的恒星，是否可以或许“支撑”起一片适宜栖身的生命宿世界呢？一颗近似于太阳的恒星——带有太阳的质量、半径和寿命——是可以做到的，人类文明的存在就是证实。可是，更大、更重的恒星可以么？有时辰，太大意味着燃烧得太快，以至于恒星进入老年末年时生命还没来得及呈现。一颗低质量的恒星也不保险，因为小恒星可能不太不变，它会时常闪灼，吹走行星的大气层或者发出足量的紫外线，杀死生命。

别的，天文学家还要考虑很多问题。好比，恒星系中是否有足够的重元素来撑持生命勾当，或者恒星在银河系中所处的位置是否平安——若是恒星接近黑洞或者位于紊乱喧哗的银河系中间，那边就很难呈现宜居宿世界。即便恒星的问题可以或许搞清晰，宜居的尺度也是难以鉴定的——地球当然是宜居的，然而在早期的太阳系中，地球和金星、火星的天然前提其实是相似的，但后者此刻必定是一片不毛之地；外太阳系的木卫二和土卫二都带有地下海洋，可能埋没着尚未被发现的地下生命，那么这两颗卫星应不该该被视为宜居宿世界呢？

所以，很多问题都是说不清的，天文学家只能做出一个保守的估量：银河系中至少1/4的恒星可以拥有一个潜在的宜居行星。

不确定的未知量

4.f_l：宜居的宿世界可以或许发生生命的概率

前面的三项乘起来，天文学家获得了一个银河系中宜居行星的保守数目：1000亿——这是个不错的数字。可是，方程中后面的4项才是更大的挑战，因为这4项加倍难以确定。

在所有宜居的星球上，天然界若何迈出从非生命到生命的第一步？原始生命发源于星际物质仍是海洋或者大气层？对于这些问题，我们甚至还没法给出太阳系自身的谜底。乐不雅点说，生命从宜居宿世界中呈现的概率可能有10%，但也可能是极小的，不足百万分之一或者更糟。

天文学家可以给“fl”选择任何一个数字——别的一个随意的数字也不见得强几多。或许在将来的某一天，天文学家将有能力用千里镜手艺测心猿意马各类系外行星的大气层的当作分，找到甲烷、氧气和二氧化碳等生命所需的物质，但这些充其量也只是间接证据。所以，若是天文学家认为，一个潜在的宜居宿世界降生生命的可能性有万分之一，这就意味着银河系中可能有1000万个生命宿世界存在。

5.f_i：生命可以进化出智能生命的概率

界说一种生命是否智能其实是很迷糊的，就连顶尖的生物学家都在争论：海豚、类人猿或者什么此外动物是否是智能的。可是，没有人会思疑，高档生命的身体是复杂并且高度分化的，即高档生命体以宏不雅的多细胞的体例摆列组合，形当作具有分歧功能和布局的器官和组织。所以，为了简化问题，生物学家可以暂且抛开智不智能的争论，先切磋一下高档生命呈现的概率。

在第一个多细胞生命呈现之前，“生命”这种工具已经在地球上“摸爬滚打”了20亿年。多细胞生命呈现之后，又花了数亿年，生命才成长出带有性别差别的两性功能。没有这两个汗青阶段，单细胞生命就不成能被裁减，或者它们只能进化当作更大的单细胞。但生命有多大的概率会在成长的过程中走出这“两步”？生物学家只有地球这独一一个“数据尝试室”。假设“fi”有千分之一的概率，那么银河系中会呈现1万个存在高档生命的宿世界。考虑到恒星与恒星之间的平均距离，这意味着每隔几百光年，我们就可以或许发现一个新的“地球”。

6.f_c：智能外星文明用人类可以识此外科技手段标的目的太空传布信息的概率

乐不雅点，f_c可以取值为1——这也不见得有何等不合理。

不足1的计较成果

7. L：在行星整个寿射中今朝存在外星文明的概率

这是一个超等难回覆的问题。为了让这个问题有个相对合理的冲破口，我们就不要在乎外星人是否履历了第一次或者第十次科技革命，也不要在乎它们是否在战争中自我扑灭或者有入侵太空的野心。天文学家只需要关心：外星人是否像人类一样伶俐。若是是的话，这就意味着它们也有科技文明。

当然，除了地球之外，没有任何外星科技文明的数据可以参考。那我们就看看地球的“L”值吧。在地球上，寒武纪大爆发距今已经5亿年，但地球上只成长出人类一种科技发财的物种，并且人类成长现代科技的时候也仅有戋戋几百年。假设人类按照现在的状况继续保存几千年，这就意味着地球寿射中，人类处于高科技状况的时候可以占到十万分之一。也就是说，即使银河系中有1万种会制造飞碟的外星文明，那么它们可以或许实时碰到人类文明的数目也只有0.1。

按照这样的计较，对于人类而言，银河系中外星文明的数目只有0.1（我们可以将其理解为10%的概率）。这个数字当然不太精确，但今朝，精确计较这个问题是不成能的。

其实，人类摸索外星文明的事业才方才起步，与其纠结于这个布满不确定性的公式，还不如积极地用科学手段去搜刮太空，也许，人类很快就会有惊人的发现。