銀河系中有多少行星可能存在外星文明？——德雷克方程漫談

一天，一位知乎朋友邀請我回答一個問題，「綠岸公式可以一定程度量化外星文明存在嗎？」看到這個問題後，我立刻感覺有必要好好準備一下，於是就有了下面這篇文章。不對之處，還請好好指正，謝謝！

綠岸公式，又叫德雷克方程（Drake equation）。1961年，弗蘭克 德雷克（Frank Drake）寫出了這個方程，它不是為了量化外星文明的數量，而是在第一次尋找智能地外生命科學會議（SETI）上激勵科學對話的一種方式。該方程概述了科學家們在考慮探測地外智慧生命時必須深思的主要概念。

　　這個方程的具體公式請看下圖：

其中，

　　N =銀河系中可能與之進行交流的外星文明數量

　　R *=銀河系中適合於智能生命發展的恆星形成的平均速率

　　fp =擁有行星的恆星的百分比

　　ne =每個恆星（特指可以孕育生命的恆星）系統所擁有的行星的平均數量

　　fl =生命實際出現的合適行星的百分比

　　fi =發展出智能生命（擁有文明）的行星的百分比

　　fc =開發出可將其存在的信號釋放到太空技術的文明百分比

　　L =這些文明將可探測的信號釋放到太空的時間長度。

　　在詳細介紹這個公式之前，先插播一下這個方程式產生的歷史背景。

　　1959年9月，物理學家Giuseppe Cocconi 和Philip Morrison在自然雜誌上發表了一篇題為《尋找星際通訊（Searching for Interstellar Communications）》的文章，他們認為，射電望遠鏡已經足夠敏銳，可能探測到其他星球的文明向太空傳輸的廣播信息，並且建議，這種消息可能在21厘米（1,420.4兆赫）的波長上傳輸。這是中性氫（宇宙中最常見的元素）的射電輻射波長，他們推斷其他智能可能將其看作是無線電頻譜中的邏輯地標。

　　在Cocconi和Morrison發表文章的七個月後，Drake首次系統搜索來自外星智能生物的信號。通過使用位於西弗吉尼亞州的國家射電天文台的25米盤，Drake檢測了附近的兩個類日恆星：Epsilon Eridani和Tau Ceti。從1960年4月至7月間，在這個被稱為Ozma的項目中，Drake每天花費6小時慢慢掃描接近21厘米波長的頻率。不過，這個項目最終並沒有成功。

不久以後，Drake主持了一次「尋找外星人」會議，以探測外星文明的無線電信號。會議於1961年舉行，在為會議做準備時，Drake提出了這個以他的名字命名的方程式。

　　Drake曾經這樣回憶，在計劃會議時，我意識到我們需要一個議程。所以我記下了我們需要知道的所有事情，來預測我們搜尋外星生命這件事情到底有多難。於是就有了德雷克方程。這個方程僅僅是針對無線電搜索，並且也不包括尋找那些原始的未形成文明的生命形式。

　　思緒從歷史中拉回來，我們來研究一下德雷克方程。

　　德雷克方程旨在列出我們所需要知道的事情的種類，以確定銀河系中大概有多少智慧文明存在。它提出了可以在銀河系中預測（那些具備宇宙通信技術的）智慧文明數量的七個參數。當你將R *、fp、ne三個參數相乘時，可以得到銀河系中類地行星形成的速率。後面的三個參數fl、fi、fc，則告訴我們，像人類這樣的先進文明在一個類地行星上生存的可能性有多大。將這些參數與外星文明將可探測的信號釋放到太空的時間長度相乘，就會得到銀河系中智能文明的數量。

　　不幸的是，每個參數，特別是涉及生命和智能文明的最後四個參數的確切值是未知的。因此，這個方程式至今沒有確切答案。

　　根據該方程式計算銀河系的文明總數時非常依賴於我們的假設。在進行邏輯假設時，由於對生命的起源和智能生命的演變所知甚少，因此在猜測的過程中，產生的結果也千差萬別。如果進行最樂觀的估計，銀河系彷彿相當擁擠，約有14萬種文明居住其中。若是進行最悲觀的假設，智能文明將十分罕見，整個宇宙中只有大約1％的星系才會像銀河系一樣產生一個複雜的文明。

　　因此，正如本文開篇所說的，目前德雷克方程並不能很好地量化外星文明的數量，它只是提出了科學家們在考慮探測地外智慧生命時必須深思的幾個主要參數。

　　德雷克方程是一個聲明，刺激我們對於宇宙產生更多的好奇，幫助我們理解生命，因為我們知道生命是宇宙進化的一個自然產物。或許，這個方程可以成為我們探索外星文明的一個粗略的路線圖，通過探測技術的不斷發展，伴隨人類文明的不斷進步，方程中的參數值就有可能越來越精確。

　　接下來，我們跳出德雷克方程，聊一聊尋找外星文明的話題。

圖片：銀河系 開普勒任務搜索太空

　　基於歐洲航天局INTEGRAL衛星的數據，一項美國航天局和歐洲航天局的研究表明，銀河系中恆星的形成速率約為每年7個。

　　而開普勒任務和其他行星的搜索已經清楚地表明，行星本身在我們的星系中很常見。甚至有47個系外行星因為與地球的相似性而被稱為潛在可居住的星球。

　　此外，哈佛史密森天體物理中心的科學家也在2015年年初宣布，開普勒找到了八個新的行星，它們的大小與地球相似，並且這些行星運行的軌道使其擁有合適的溫度，可以允許它們容納液態水——這是生命的關鍵因素之一。

　　11月30日，「一心的未來世界」也報道了一個重要事件，來自日本國家天文台、東京大學和其他天體生物學中心的一組研究人員正在使用日本岡山天體物理天文台188厘米望遠鏡的馬斯喀特儀器，觀測名為K2-3d的太陽系外類地行星的transit——凌日現象（當系外行星經過中央恆星前面時，會短暫遮擋一些光線，導致星光變暗的現象）。儘管此前天文學家們已經觀測了數以千計的其他系外行星的凌日現象，K2-3d的觀測卻很重要，因為這個行星上有可能居住著外星生命。感興趣的朋友可以點擊下方鏈接查看：

科學家正觀測可能存在外星生命的系外類地行星的凌日現象_網易訂閱

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