幻影星系M74的新圖像展示了空間望遠鏡在多個波長下協(xié)同工作時的強大成像效果。

左圖為美國航空航天局（NASA）/歐洲航天局（ESA）哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope）對M74星系的成像，觀測范圍從朝向中心的較老、較紅的恒星，到其旋臂中較年輕且較藍的恒星，再到電離氫區(qū)（H II region）紅色氣泡中最活躍的恒星形成。

右圖為NASA/ESA/加拿大航天局（CSA）詹姆斯·韋布空間望遠鏡（James Webb Space Telescope）拍攝的圖像，這張截然不同的圖片突出了星系旋臂內(nèi)的大量氣體和塵埃，以及位于其核心的密集星團。

中間的組合圖像則將這兩者融合在一起，為這個“宏偉設計”的螺旋星系提供了真正獨特的視角。

哈勃和韋布在不同的電磁波譜下運行，科學家將來自兩者的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，對所研究的天體進行更為全面的解讀。通過這種方式，來自哈勃和韋布的數(shù)據(jù)相互補充，提供了M74星系壯觀且全面的視圖。

圖片來源：ESA/Webb, NASA & CSA, J. Lee and the PHANGS-JWST Team; ESA/Hubble & NASA, R. Chandar Acknowledgement: J. Schmidt

到目前為止，銀河系中應該存在多少個智慧文明？今年9月2日去世、享年92歲的美國天體物理學家弗蘭克·德雷克（Frank Drake），曾在1961年提出過一個方程來對此進行推算，德雷克公式（Drake equation）這個著名的方程以他的名字而命名，可以追溯到他自稱為“天真到不知緊張為何物”的一個職業(yè)生涯階段。

德雷克公式讓德雷克與詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）和埃爾溫·薛定諤（Erwin Schr?dinger）齊名，這兩位杰出物理學家同樣也擁有以自己名字命名的方程式。但不同的是，德雷克的方程沒有包含自然法則，相反，它將一些人類還沒研究清楚的概率和比例組合成了一個知情估算。

無論將多合理的數(shù)值輸入方程式中（見下圖），都很難避免我們不應該是銀河系中孤獨的存在這一結(jié)論。德雷克一直是尋找外星生命的倡導者和支持者，但他的方程式真的道出了什么嗎？

擴展的德雷克公式

德雷克公式可能看起來很復雜，但它的原理其實真的很簡單。它指出，在像我們這樣古老的星系中，通過廣播這些星系的存在而可探測到的文明數(shù)量，必須等于它們出現(xiàn)的速度乘以它們的平均壽命。

估算文明發(fā)生的速度似乎只能停留在猜測，但德雷克意識到，它可以分解成更容易處理的參數(shù)。

他表示，文明發(fā)生的總速率等于合適恒星形成的速率乘以那些擁有行星的恒星比例。然后再乘以每個系統(tǒng)能夠承載生命的行星數(shù)量，乘以生命開始萌生的行星比例，乘以生命變得智慧的行星比例，乘以廣播它們存在的行星比例。

難以確定的參數(shù)值

弗蘭克·德雷克

圖片來源：wikipedia, CC BY-SA

當?shù)吕卓说谝淮翁岢鏊@個公式時，唯一有信心確認的參數(shù)就是恒星形成的速度：大約每年30顆。

至于下一個參數(shù)，在1960年代時，我們還沒有證據(jù)表明其他的恒星都是有行星的，這個數(shù)值保守估計約為十分之一。然而，從1990年代科學家開始了系外行星（exoplanet）觀測，在本世紀又得到了蓬勃的發(fā)展，如今這些觀測使我們確信大多數(shù)恒星都有行星。

常識告訴我們，大多數(shù)由多個行星組成的系統(tǒng)，都將包括一個距離其恒星適當距離的行星，以支持生命的誕生，地球就是我們太陽系中的那顆星球。此外，火星在過去可能是一片生命欣欣向榮的景象，甚至現(xiàn)在有些生命可能仍然存在。

如今我們還意識到，行星不需要足夠溫暖來讓水在行星表面維持液態(tài)，即使是在被冰覆蓋的天體的內(nèi)部海洋中，生命也可以出現(xiàn)，而支持這里液態(tài)水存在的熱量，則來自放射性能量或潮汐能。

舉例來說，木星和土星的衛(wèi)星中就有幾個潛在的候選者，而當我們將衛(wèi)星也作為能夠承載生命的選項時，每個行星系統(tǒng)的可居住天體平均數(shù)量很容易就會超過1個。

然而，等式右邊參數(shù)的值仍然更容易受到質(zhì)疑，有些人會認為，只要有幾百萬年的時間，生命就會在任何合適的地方萌芽。

這將意味著，生命真正出現(xiàn)的合適天體比例幾乎等于1。另一波人則認為，我們還沒找到證據(jù)表明生命起源于地球以外的任何地方，生命的誕生實際上可能是極其罕見的事件。

而生命一旦開始了，最終就會進化出智慧嗎？它可能必須通過微生物階段并首先成為多細胞生命。

有證據(jù)表明，多細胞生命在地球上萌生的次數(shù)不止一次，因此成為多細胞生命可能并不是什么障礙。然而其他人也指出，在地球上持續(xù)進化的“正確類型”多細胞生命只出現(xiàn)過一次，在銀河系規(guī)模上可能是很罕見的。

智慧的誕生可能會讓某一物種比其他物種更具競爭優(yōu)勢，這意味著它的進化更有可能持續(xù)發(fā)生，但我們對此也尚不確定。

智慧生命是否會將技術發(fā)展到它（無意或有意）在太空中傳播其存在的階段？也許對于像我們這樣的星球表面居民來說，答案是肯定的，但對于沒有大氣層的冰凍星球內(nèi)部海洋的居民來說，這可能也是罕見的。

文明能持續(xù)多久？

可探測文明的平均壽命L呢？在1950年代，電視傳輸開始讓地球可以從遠處被探測到，對于我們自己而言，L的最小值約為 70 年。

但總的來說，L可能會受制于文明的崩潰（我們自己再持續(xù)100年的可能性有多大？），或受制于互聯(lián)網(wǎng)繁榮下無線電廣播的近乎消亡，或出于對惡意銀河系鄰居的恐懼而故意選擇“靜默”。

你如果能自己研究這些數(shù)值，你會發(fā)這真的很有趣！你會發(fā)現(xiàn)如果L超過 1000 年，N（可探測文明的數(shù)量）很可能就會超過100。在2010年的一次采訪中，德雷克說他對N的最佳猜測是大約 10000。

我們對于系外行星的了解每年都在增加，在技術的發(fā)展下我們正在進入一個前所未有的時代，通過測量系外行星的大氣成分，天文學家或許能在不久的將來揭示生命存在的證據(jù)。在接下來的十年或二十年里，我們可以期待對生命存在的類地行星比例進行更可靠的估計。

我們可能還是無法得知星球內(nèi)部海洋中是否存在生命，但我們可以期待從對木星、土星和天王星的寒冷衛(wèi)星的觀測任務中獲得更多信息。當然，我們或許也可以檢測到來自外星智慧的實際信號。

不管怎樣，弗蘭克·德雷克的方程式已經(jīng)激發(fā)了如此多的研究領域，它將繼續(xù)帶給我們發(fā)人深省的觀測角度。為此，我們應該心存感激。

原文作者：

大衛(wèi)·羅瑟里（David Rothery）

英國開放大學（The Open University）行星地學教授

參考來源：

https://theconversation.com/frank-drake-has-passed-away-but-his-equation-for-alien-intelligence-is-more-important-than-ever-189935