银河系中有多少行星可能存在外星文明？——德雷克方程漫谈

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本文是2016年12月23日发表在我的网易号上的，此次纯属搬运，因为感觉外星文明的内容也应该充实进来。谢谢大家的关注，你们的鼓励是我用更多精力、更多热情和写出更加严谨而通俗的文章的最大动力！一天，一位知乎朋友邀请我回答一个问题，“绿岸公式可以一定程度量化外星文明存在吗？”看到这个问题后，我立刻感觉有必要好好准备一下，于是就有了下面这篇文章。不对之处，还请好好指正，谢谢！
绿岸公式，又叫德雷克方程（Drake equation）。1961年，弗兰克 德雷克（Frank Drake）写出了这个方程，它不是为了量化外星文明的数量，而是在第一次寻找智能地外生命科学会议（SETI）上激励科学对话的一种方式。该方程概述了科学家们在考虑探测地外智慧生命时必须深思的主要概念。
　　这个方程的具体公式请看下图：

其中，
　　N =银河系中可能与之进行交流的外星文明数量
　　R *=银河系中适合于智能生命发展的恒星形成的平均速率
　　fp =拥有行星的恒星的百分比
　　ne =每个恒星（特指可以孕育生命的恒星）系统所拥有的行星的平均数量
　　fl =生命实际出现的合适行星的百分比
　　fi =发展出智能生命（拥有文明）的行星的百分比
　　fc =开发出可将其存在的信号释放到太空技术的文明百分比
　　L =这些文明将可探测的信号释放到太空的时间长度。
　　在详细介绍这个公式之前，先插播一下这个方程式产生的历史背景。
　　1959年9月，物理学家Giuseppe Cocconi 和Philip Morrison在自然杂志上发表了一篇题为《寻找星际通讯（Searching for Interstellar Communications）》的文章，他们认为，射电望远镜已经足够敏锐，可能探测到其他星球的文明向太空传输的广播信息，并且建议，这种消息可能在21厘米（1,420.4兆赫）的波长上传输。这是中性氢（宇宙中最常见的元素）的射电辐射波长，他们推断其他智能可能将其看作是无线电频谱中的逻辑地标。
　　在Cocconi和Morrison发表文章的七个月后，Drake首次系统搜索来自外星智能生物的信号。通过使用位于西弗吉尼亚州的国家射电天文台的25米盘，Drake检测了附近的两个类日恒星：Epsilon Eridani和Tau Ceti。从1960年4月至7月间，在这个被称为Ozma的项目中，Drake每天花费6小时慢慢扫描接近21厘米波长的频率。不过，这个项目最终并没有成功。
不久以后，Drake主持了一次“寻找外星人”会议，以探测外星文明的无线电信号。会议于1961年举行，在为会议做准备时，Drake提出了这个以他的名字命名的方程式。
　　Drake曾经这样回忆，在计划会议时，我意识到我们需要一个议程。所以我记下了我们需要知道的所有事情，来预测我们搜寻外星人这件事情到底有多难。于是就有了德雷克方程。这个方程仅仅是针对无线电搜索，并且也不包括寻找那些原始的未形成文明的生命形式。
　　思绪从历史中拉回来，我们来研究一下德雷克方程。
　　德雷克方程旨在列出我们所需要知道的事情的种类，以确定银河系中大概有多少智慧文明存在。它提出了可以在银河系中预测（那些具备宇宙通信技术的）智慧文明数量的七个参数。当你将R *、fp、ne三个参数相乘时，可以得到银河系中类地行星形成的速率。后面的三个参数fl、fi、fc，则告诉我们，像人类这样的先进文明在一个类地行星上生存的可能性有多大。将这些参数与外星文明将可探测的信号释放到太空的时间长度相乘，就会得到银河系中智能文明的数量。
　　不幸的是，每个参数，特别是涉及生命和智能文明的最后四个参数的确切值是未知的。因此，这个方程式至今没有确切答案。
　　根据该方程式计算银河系的文明总数时非常依赖于我们的假设。在进行逻辑假设时，由于对生命的起源和智能生命的演变所知甚少，因此在猜测的过程中，产生的结果也千差万别。如果进行最乐观的估计，银河系仿佛相当拥挤，约有14万种文明居住其中。若是进行最悲观的假设，智能文明将十分罕见，整个宇宙中只有大约1％的星系才会像银河系一样产生一个复杂的文明。
　　因此，正如本文开篇所说的，目前德雷克方程并不能很好地量化外星文明的数量，它只是提出了科学家们在考虑探测地外智慧生命时必须深思的几个主要参数。
　　德雷克方程是一个声明，刺激我们对于宇宙产生更多的好奇，帮助我们理解生命，因为我们知道生命是宇宙进化的一个自然产物。或许，这个方程可以成为我们探索外星文明的一个粗略的路线图，通过探测技术的不断发展，伴随人类文明的不断进步，方程中的参数值就有可能越来越精确。
　　接下来，我们跳出德雷克方程，聊一聊寻找外星文明的话题。

图片：银河系 开普勒任务搜索太空
　　基于欧洲航天局INTEGRAL卫星的数据，一项美国航天局和欧洲航天局的研究表明，银河系中恒星的形成速率约为每年7个。
　　而开普勒任务和其他行星的搜索已经清楚地表明，行星本身在我们的星系中很常见。甚至有47个系外行星因为与地球的相似性而被称为潜在可居住的星球。
　　此外，哈佛史密森天体物理中心的科学家也在2015年年初宣布，开普勒找到了八个新的行星，它们的大小与地球相似，并且这些行星运行的轨道使其拥有合适的温度，可以允许它们容纳液态水——这是生命的关键因素之一。
　　11月30日，“一心的未来世界”也报道了一个重要事件，来自日本国家天文台、东京大学和其他天体生物学中心的一组研究人员正在使用日本冈山天体物理天文台188厘米望远镜的马斯喀特仪器，观测名为K2-3d的太阳系外类地行星的transit——凌日现象（当系外行星经过中央恒星前面时，会短暂遮挡一些光线，导致星光变暗的现象）。尽管此前天文学家们已经观测了数以千计的其他系外行星的凌日现象，K2-3d的观测却很重要，因为这个行星上有可能居住着外星人。感兴趣的朋友可以点击下方链接查看：
科学家正观测可能存在外星人的系外类地行星的凌日现象_网易订阅

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生命（特指是RNA形式的生命）遍布宇宙对物理条件要求还是不太高的，“文明”则要困难的多，液态水是很重要一个限制条件。

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我感觉要考虑一个文明的寿命问题。