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如何估算星系中外星文明的数量

2020-06-27 20:05:51来源:

自从天亮以来,我们是否一个人在宇宙中的问题就困扰着人类。它的一种或多种答案可以从根本上改变我们对生命,进化,科学甚至神学的理解。甚至发现单一的外星文明也足以颠覆人类在宇宙中的感知地位。但是,如果目前在我们自己的星系中生活着多达36个技术先进的智能物种,该怎么办?最近的一项研究出来的诺丁汉大学,在上周公布的天体物理学杂志,正是估计。

为了得出这个结论,诺丁汉大学物理与天文学学院的汤姆·韦斯特比博士和克里斯托弗·康塞利丝博士使用一系列基于我们所知的唯一智能高科技文明的逻辑假设,对德雷克方程进行了重新评估。。由于依赖单个数据点会影响方程式产生的估计,因此Westby和Conselice竭尽全力避免工作中潜在的偏见。

“的确,在任何一项天体生物学研究中,最大的挑战是,我们仅限于一个已知的生命实例,甚至是宇宙中真正的智慧生活,而且不可避免地,我们必须诉诸于我们自己的方式的知识为了对任何其他文明的潜在发展做出假设而成立。”韦斯特比解释说。“但是,我们进行这项研究的野心是规避传统方法中研究的许多投机性问题,并将其替换为可以科学计算的参数。”

德雷克方程式最初是由弗兰克·德雷克(Frank Drake)博士于1961年提出的,当时他在西弗吉尼亚州格林银行的国家射电天文台担任射电天文学家。

Westby告诉Engadget:“在Drake从事研究之前,这个问题似乎已经超出了科学探究的范围。”“但是他的方程式是组织对该数字所依赖的各种参数进行估计的第一种逻辑方法:例如,德雷克考虑了以下问题,例如“所有恒星中有多少分数在其周围至少有一个行星在轨道上运行?”,“什么分数这些行星中的哪些将位于宜居(或所谓的“金发姑娘”)区内?”以及“这些可居住星球中实际上有百分之几会蕴藏生命?””

公式如下:N = R∗ *fp *ne *fl *fi *fc *L

N是理论上可以与之交流的银河系内文明的总数。

R∗是星系中恒星的平均速率。

fp是拥有行星的那些恒星的分数。

ne是可以潜在支持每个太阳系生命的行星数量。

fl是实际上确实在某个点发展生命的那些行星的分数。

fi是实际上产生智慧生命的生命维持行星的一小部分。

在那些文明的星球中,fc是获得使无线电存在的可探测到的存在迹象释放到太空中的技术的部分。

最后,L衡量了这些先进文明多年来的寿命。在人类的情况下,L大约为100,因为这就是我们拥有电信技术已有多少年了。

韦斯特比继续说道:“德雷克方程式所提出的方法依赖于对数量的估算,而这些数量很难用科学方法得出。”因此,在将值分配给各个因素时可以自由使用逻辑假设。

韦斯特比和孔塞利切远从一线队到与德雷克方程小提琴。韦斯特比说:“我们所做的是重新审查我们的银河系中可能存在多少个传播外星智能(CETI)的问题,但这一次是基于更坚实的天体物理学基础。”

“在我们的研究中,我们将原始Drake方程中的许多项替换为可以从固体天体物理模型中实际计算出的值,例如银河系中哪部分恒星具有足够的化学富度以产生适合生活的环境,以及这些生命中的哪一部分足够长寿,以便可以确立生命。”他继续。“这些参数可以根据众所周知的恒星物理学进行评估。”

例如,我们知道人类大约花了50亿年才从原始汤中爬出来并达到我们今天拥有的技术水平。因此,如果坚持“中庸原则”,这意味着可能需要4.5至65亿年的外来文明才能做到这一点。韦斯特比和康塞利兹随后试图找出银河系中有多少颗恒星的年龄超过50亿年。事实证明,根据恒星形成过程的既定物理学,我们银河系中高达96%的恒星超过50亿年的历史。

但这不仅取决于有多少颗恒星,还取决于它们的化学成分。韦斯特比说:“例如,我们的太阳主要是氢和氦。”“但是它一定是由含有大量微量元素的材料形成的,这些元素包括生物所依赖的碳,氮,氧等。”

“同样,我们采用平庸原则,使我们做出这样的假设:任何环境在具有较重元素的相同平衡的情况下,形成行星和生命化学要求的机会大致相同。”

而且由于我们的太阳离银河系中心大约26,000光年,并且显然拥有促进生活的所有正确材料韦斯比和Conselice计算得出,离该中心大约20,000至30,000光年的任何恒星最有可能以生物生命。这对夫妇总共发现,银河系中约50%的太阳,无论它们距银河系中心有多远,都具有正确的化学成分来维持生命。

即使系统的太阳是维持生命的理想年龄和组成,即使没有行星占据所谓的“金发姑娘区”,文明也不会崛起。多亏了NASA最近的开普勒任务,我们现在才知道银河系中有4000多颗系外行星。Westby和Conselice使用这些数据计算得出,银河系中多达19%的恒星具有可以维持生命的行星。我们甚至以TRAPPIST-1系统的发现为自己一个例子,在该系统中,七个绕行行星中的三个位于宜居区域内。

等式中最具有投机性的因素是L-先进文明的平均寿命。人类只达到了能够产生可被外来文明探测到约100年的信号的技术水平,而且我们已经非常接近全球崩溃的边缘,因此为L赋值是非常主观的。

韦斯特比说:“我们使用所有银河系恒星的年龄分布模型来估算文明生活的平均可用时间。”“然后我们用自己的例子,在地球上,提出了一个最低限度的估计,即文明可能会在其产生远距离无线电信号的能力发展之后至少存在一个世纪。”这是他们研究中基于人类经验的唯一因素,而不是源自天体物理学定律。

确认外星信号将使我们能够更充分地“解决”德雷克方程,但还有许多其他因素(除了利用外星人广播外)可以提供更准确的估计。韦斯特比指出:“我们的研究尚未探讨的一个因素是文明从一个星球迁移到另一个星球的可能影响,这可能会大大延长其自身的寿命,”韦斯特比指出,“以及它们的传播潜力。 ”

但是问题就出在这里。根据他们的计算,韦斯特比和康塞利丝估计,即使在我们的脖子上居住着36个先进的外星文明,最接近的外星文明也可能距离我们至少17,000光年。他们认为我们需要寻找将近3000年才能找到它们,以我们目前的技术水平(假设外星人与我们大致相当),即使我们明天发布了一个信息,我们也必须请等待至少34,000年才能得到答复。韦斯特比说:“即使在最理想的情况下,“如果我们放宽建模假设,并在更短的时间内用更大的重量增加生命的可能性,那么CETI的估计数量就会升至900左右。”“我们最近的邻居离我们有1000光年,

韦斯特比总结说:“也许,外星人的信号如此沉默的原因是技术文明的来来往往相对短暂,很少避免灭绝足够长的时间来偷听邻居。”“也许,甚至是智慧,都比我们以前想象的要普遍得多,但是-由于空间的广阔范围-在相对短暂,寂寞的存在之后,生命就会到达并消失。”

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