计算外星生命数量的德雷克方程至为关键

图1 这是由国家航空航天局的詹姆斯·韦伯空间望远镜拍摄的旋涡星系M74。

这篇文章最初发表在 《会话》上。

截止现在，我们的银河系有多少智慧文明？1961年，天体物理学家弗兰克·德雷克提出了一个用于估计银河系的智慧文明数量的方程，而他于2022年9月2日去世，享年92岁。他年轻时提出的这个方程，至今已经闻名四方，并用他的名字命名。而德雷克本人之后也评价，当时的他"太年轻太不严谨"。

此后，德雷克方程便常与同样以人名命名的方程式相伴，比如詹姆斯·克莱克·麦克斯韦和欧文·施罗丁格等著名物理学家。与之不同的是，德雷克方程并不包含自然法则。相反，它将未知的概率结合成一个估测。

无论你在德雷克方程中输入什么合理的数值，我们都会得出“我们不是宇宙中的唯一生命体”的结论。德雷克在他的一生中始终坚持寻找地外生命，但他的方程式真的给了我们一些启示吗?

图2 德雷克方程展开式。

德雷克方程看上去很复杂，但其原理其实很简单。它指出，在一个和我们存在时长相近的星系中，能与我们进行无线电通讯的高智慧文明的数量必定等于它们发展的速率乘以它们的平均寿命。

将计算的重点放在文明发展的速率上似乎只是一种臆测，但德雷克意识到，这项计算可以被拆解成更容易处理的对象。

他指出，总速率等于银河系内恒星的形成率，乘以那些具有行星的恒星的比例，然后乘以每个具有行星的恒星系统中适合生命存在的行星的平均数量，乘以那些实际孕育生命的行星的比例，乘以那些进化出智慧生物的行星的比例，乘以那些能够进行无线电通讯的文明的行星比例。

棘手的取值

弗兰克·德雷克

在德雷克第一次提出他的公式后，他得到了一个确信无疑的结果——恒星形成的速率为每年大约30颗。

而在20世纪60年代，我们并没有证据可以证明其他存在拥有行星环绕的恒星，甚至“十颗恒星里能有一颗这样的恒星”的猜测结果也显得过于乐观。从20世纪90年代开始，我们对系外行星进行了长期的观测，而直到本世纪，我们有了重大发现，那就是大多数的恒星都有行星环绕。

根据常识，在大多数多行星系统中，距离恒星合适的距离的行星上很有可能孕育生命。就比如地球是太阳系中的那颗孕育了生命的行星。此外，过去的火星很可能已经有生命体存在——甚至本来有可能延续至今。

今天我们也意识到，如果要维持生命，不一定需要行星地表的合适温度让水以液态形式存在。在被冰覆盖表面的星球的内部海洋中，生命也依旧可以存在，而这种生命的维持依靠的是由放射性或潮汐产生的热量，而不是阳光。

例如，在木星和土星之间就有几个符合条件的卫星。而当我们假定卫星具有孕育生命的可能时，每个行星系统的平均可居住体数量就超过1个了。

然而，对于德雷克方程右边的计算项，仍然维持开放式。有人认为，如果用几百万年为尺度进行计算，生命在任何合适的环境都会诞生。

这就意味着，生命真正得以存在延续的概率几乎等于1。也有人认为，我们至今还没有证据证明除地球以外的生命存在痕迹，生命的起源实际上可能是一个极其罕见的事件。

生命最终都会进化出智力吗?这过程可能首先要越过微生物阶段成为多细胞生物才有可能。

有证据表明， 多细胞生物在地球上有不止一次的演化，因此成为多细胞生物可能并非进化的障碍。然而，有些人则指出，地球上持续进化而成“正确的智慧物种”的多细胞生命只出现过一次，在银河系尺度上可能是罕见的。

智力是相较于其他物种的竞争优势，拥有智力的物种更有可能进化，但这种推测我们尚不确定。

那么高智生命能否将科技发展到无线电通讯阶段，并（偶然或是故意）传播到宇宙范围？也许对于像我们这样的地表居民来说会这样，但对于没有大气层的冰封世界内部海洋的居民来说，这概率很低。

费米悖论如此发问：“所有的外星人都在哪里?”

文明可以存在多久?

一个可探测文明的平均存在时间是多少?我们电视台从20世纪50年代就开始对地球进行探测，结论是一个可探测文明的平均存在时间最低约为70年。

但总体而言，可探测文明的平均存在时间可能受制于文明的消亡(我们的文明再延续100年的概率为多少?)，也可能因为发展了互联网而不再使用无线电广播，还可能因为畏惧敌对银河系生命，而故意不传播任何信号保持沉默 。

当你亲自计算这些数字的时候，你会发现特别有趣！如果一个文明的存在时长大于1000年， 那么可探测文明的数量很可能大于一百个。在2010年录制的一期访谈中，德雷克表示，他对于可探测文明的数量的最佳猜测是10，000个左右。

我们每年都在了解更多关于系外行星的信息，我们正在步入的时代下，通过测量其大气成分以揭示生命证据变得越来越可行。

在未来的一二十年内，我们希望对类地行星中生命起源的部分进行更可靠的估计。

我们可能发现不了内部海洋的生命，但我们可以希望从对木星、土星和天王星等卫星的探索中得到启示，甚至探测到来自外星智慧的实际信号。

无论如何，弗兰克·德雷克的方程激发了许多研究领域，它将继续给我们一种发人深省的视角。为此我们应该心存感激。

BY:David Rothery

FY: 挽月归

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来源: 天文在线