巨大的沉默：一万个星系中只有四个可能拥有智能外星人

独孤一山隙

北加利福尼亚州的艾伦望远镜阵列致力于天文观测和同时搜寻地外智慧（SETI）。（图片来源：Seth Shostak/SETI研究所）

据美国太空网（Keith Cooper）：如果其母行星不具有板块构造，更不用说只有适量的水和旱地，那么能够在星际空间中交流的外星生命可能无法进化。

得克萨斯大学达拉斯分校的Robert Stern和瑞士苏黎世联邦理工学院的Taras Gerya认为，如果要进化复杂的生命，板块构造是绝对必要的。在地球上，复杂的多细胞生命出现在5.39亿年前的寒武纪大爆发时期。

Gerya告诉Space.com：“我们认为，现代板块构造的出现大大加速了复杂生命的进化，是寒武纪大爆发的主要原因之一。”。

板块构造描述了大陆板块的过程，这些板块被熔融的地幔托起，相互滑动，导致俯冲带和山脉、裂谷和火山，以及地震。

Stern和Gerya说，现代形式的板块构造始于10亿至5亿年前，当时的地质时代被称为新元古代。在此之前，地球有所谓的停滞盖构造：地壳，称为岩石圈，是一个固体块，没有分解成不同的板块。只有当岩石圈冷却到足够的密度和强度，能够被俯冲时，现代板块构造才会发生变化——也就是说，在被循环回到两个构造板块分开的表面之前，岩石圈被推到岩石圈的其他部分下相当长的一段时间。

现代板块构造对生物圈的环境压力可能在5亿年前引发了复杂生命的进化，因为生命突然发现自己生活在一个被迫适应或死亡的环境中，产生了进化压力，推动了海洋和与大陆板块相关的旱地上存在的各种生命的发展。有了这个开端，生命最终——除了自然选择之外，没有任何设计或进化的必要性——最终进化到了我们身上。

Gerya说：“海洋和旱地的长期共存似乎对生物进化获得智慧生命和技术文明至关重要。”。“但仅仅拥有大陆和海洋是不够的，因为生命的进化非常缓慢。为了加速进化，需要板块构造。”

然而，有一个问题。地球是太阳系中唯一具有板块构造的行星。此外，模型表明，板块构造可能很罕见，尤其是在一类被称为超级地球的系外行星上，停滞的盖子结构可能占主导地位。

与板块构造的需要相结合的是对海洋和大陆的需要。行星形成模型表明，完全覆盖在几十英里深的海洋中的行星可能很常见，完全无水的沙漠世界也是如此。地球表面覆盖着相对较薄的海水和地形，使大陆能够上升到海洋之上，它似乎占据了一个在深海行星和干燥沙漠世界这两个极端之间谨慎平衡的最佳位置。

拥有海洋是至关重要的，因为人们强烈怀疑地球上的生命起源于海洋。土地也是至关重要的，不仅可以通过风化提供营养和促进碳循环，还可以实现燃烧（与氧气协同），当智能生命利用时，这可以带来技术。

如果具有板块构造以及适当数量的水和陆地的行星很罕见，那么技术性、交流性和外星生命也可能很罕见。

Gerya说：“我们试图解释的是，为什么没有联系到我们？”。

为了说明这一点，Gerya和Stern使用了Drake方程。它由已故的SETI先驱弗兰克·德雷克于1961年设计，旨在通过总结技术文明发展所需的各种因素，从而估计可能存在的地外文明的数量，为当年在西弗吉尼亚州绿岸天文台举行的第一次SETI（寻找地外智慧）科学会议提供议程。然而，应该注意的是，德雷克方程更多的是一个思想实验，旨在强调我们对技术生命进化的了解和不了解，而不是对文明数量的绝对指导。

Gerya说：“以前对银河系中文明数量下限的估计相当高。”。

德雷克方程的一个术语是fi，即发展出智能生命的系外行星的比例（在这种情况下，我们如何定义“智能”仍有争议，但现代思维方式包括所有智能动物，如黑猩猩和海豚）。Stern和Gerya认为fi应该是另外两个术语的乘积，特别是同时具有大陆和海洋的行星的比例（foc）和具有长期板块构造的行星的份额（fpt）。

然而，考虑到板块构造的明显罕见性，以及可以拥有海洋和大陆的世界，Stern和Gerya发现fi是一个非常小的数字。他们估计，只有17%的系外行星具有板块构造，而拥有适量水和陆地的比例可能更小，在0.02%到1%之间。将这些值相乘，得出的fi值介于0.003%和0.2%之间。

然后，通过将这个值代入德雷克方程，Stern和Gerya得出了外星文明数量的值，在0.0004到20000之间。这仍然是一个相当大的范围，德雷克方程中其他项的结果如果有的话，还不为人所知。然而，它仍然比德雷克在20世纪60年代预测的一百万个文明的价值低几个数量级。

塔拉斯说：“0.0004的数值意味着每10000个星系中可能只有4个文明。”。

对这一切有几个注意事项。一个是，如前所述，德雷克方程的其他一些术语，如最初进化出生命的行星的比例，发展技术的智能生命的比例，以及这些文明的寿命，都是完全未知的。如果它们的价值极高——例如，如果文明通常能存活数十亿年——那么现在有更多文明存在的可能性就会增加。

另一个需要注意的是，虽然我们所知道的生命通常需要板块构造、海洋和陆地才能进化和繁荣，但我们可以想象从未涉足陆地的技术性海洋生物可能会进化的场景。然而，这些都是特定的情况，异常值是规则的例外。

如果说我们还没有联系上，也有草率行事的风险。SETI天文学家吉尔·塔特（Jill Tarter）喜欢说，如果这个星系是一片海洋，我们只会搜索到相当于一杯的海洋。尽管最近由于雄心勃勃的“突破倾听”项目，搜索速度加快了，但这一点仍然成立。我们还没有搜索到每一个明星，而那些我们搜索过的明星，我们已经很久没有听或看了。我们很容易错过外星信号。

最后一点需要考虑的是“大过滤器”。这是经济学家和未来学家罗宾·汉森首次提出的概念，表明所有生命的进化可能存在一些普遍的瓶颈，阻碍了技术文明的存在。在Stern和Gerya的模型中，这种瓶颈是由缺乏板块构造、海洋和大陆造成的。然而，尽管他们对文明数量的估计很低，但这是非零的，而且有一派思想也适用于哥白尼原理，即地球不应被视为特殊的，它只是围绕着一颗单调恒星运行的另一颗行星。因此，如果生命能够在地球上进化，它应该能够在许多行星上进化，因为地球不应该是特别的。然后问题就变成了，Great Filter在什么时候启动？

也许Stern和Gerya抢先一步，在我们有观测证据支持这一说法之前，就宣布具有板块构造和适当数量的水和陆地的行星是罕见的。

Gerya说：“当然，最好能有关于系外行星上大陆、海洋和板块构造的观测数据。”。“不幸的是，这远远超出了我们目前的观测能力。另一方面，行星形成过程在一定程度上得到了理解，行星形成模型能够预测我们的预期。这些预测可以用来评估岩石系外行星拥有大陆、海洋和板块构造的可能性。”

如果Stern和Gerya是正确的，那么我们很可能在宇宙中是孤独的。如果是这样的话，我们就肩负着巨大的责任。Gerya说：“我们应该尽一切可能保护我们自己的——非常罕见的！——文明。”。否则，我们可能会自杀，使银河系中唯一的科技生命灭绝。

Stern和Gerya的分析于4月12日发表在《科学报告》杂志上。