搜寻银河系外星文明：只需勘测宜居带而非整个银河系

腾讯太空 · 公众号 · 探索 · 2019-08-16 22:32

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如果银河系的某个角落存在具备太空探索能力的先进外星文明，它们很可能栖身于银河宜居带。也就是说，如果想在银河系搜寻能够孕育生命的类地行星，我们只需勘测这个宜居带，而不是搜索整个银河系。截至2018年2月1日，科学家共在2794个恒星系统发现3728颗系外行星，其中622个恒星系统有超过一颗以上符合要求的行星且处于银河宜居带。

大名鼎鼎的开普勒望远镜，用于搜寻系外行星

过去20年，科学家对银河系的演化进行建模，一直尝试揭示复杂生命体的四大先决条件在时空上的分布，即存在一颗母恒星；拥有足够的重元素以形成类地多岩行星；生物进化拥有充足时间；不遭遇能够熄灭生命之火的超新星爆炸或者伽马射线暴。

2018年，在一个大小仅相当于银河系1/400的银河宜居带心脏区域，科学家对开普勒望远镜发现的14颗行星进行扫描，寻找能够证明先进文明存在的科技信号。在开普勒望远镜第一和第二阶段的观测中，科学家仅在银河系就发现总计5118颗候选系外行星，其中2538颗得到证实。截至2018年2月1日，科学家共在2794个恒星系统发现3728颗系外行星，其中622个恒星系统有超过一颗以上符合要求的行星且处于银河宜居带。

银河宜居带通常是指距系核4到10千秒差距的一个环形区域（绿色），但最近的研究对此提出质疑

银河宜居带的具体边界尚是一个未知数。银河系内侧存在大量金属，但对生命具有危险性，外侧较为安全，但金属贫乏，存在类地行星的可能性较低。宜居带介乎二者之间，太阳系处在宜居带中心附近。我们所处的银河系区域拥有对生命特别有利的环境。此外，我们也处在银河系的一个对生命特别有利的时期。直到50亿年前，除了缺少生命起源所需的金属，恒星诞生和超新星爆炸也形成对生命有害的环境。

地球用了近50亿年才进化出智能生命，如果这是一种典型现象，我们可能是银河系的首批智能文明之一。无论是在时间上还是空间上，我们在银河系都可能是一个独一无二的存在。宾州州立大学的丹利·徐表示：“虽然开普勒望远镜观测的绝大多数恒星通常都距离太阳数千光年，但这架望远镜对数量足够多的恒星样本进行了观测，允许我们进行严格的统计分析，评估附近类日恒星适居区出现类地行星的几率。”

服役期间，开普勒发现了大量系外行星，已得到证实的就超过2600颗，很多将成为外星生命搜寻计划的目标

宾州大学进行的一项新研究对类日恒星周围出现类地行星的频率进行了迄今为止最为准确的估算，这些类地行星的体积和与母星之间的距离与地球类似。确定潜在适居行星的出现频率对规划未来的天文任务至关重要。这些任务将确定我们周围类日恒星附近多岩行星的特征，以揭示它们支持生命存在的能力。2019年8月14日，《天文学杂志》刊登了一篇阐述相关模型的论文。

作为美国宇航局的一个天文观测利器，开普勒望远镜发现了数千颗行星。这架望远镜2009年发射升空，2018年因燃料耗尽光荣退役。服役期间，开普勒对数十万颗恒星进行观测，通过掩星现象锁定系外行星。所谓的掩星是指一颗行星在母星和望远镜之间穿过时阻挡母星的部分光线，导致母星亮度降低。通过测算变暗幅度和掩星持续时间，同时借助母星特征的相关信息，天文学家能够确定行星的体积以及其与母星间的距离。

开普勒望远镜

服役了

9年零6个月

输12

研究小组负责人、宾州州立大学天文学与天体物理学教授埃里克·福特指出：“开普勒发现的行星，大小、构成和轨道存在很大差异。我们希望利用这些发现加深对行星形成的认知，同时规划未来搜寻潜在宜居行星的任务。不过，只是简单地统计一定体积或轨道距离的行星会误导人，因为发现距母星很远的小个头行星的难度远远超过距母星较近的大体积行星。”

为了克服这个障碍，研究人员设计了一种推算不同体积和轨道距离的行星出现几率的新模型。这个模型模拟恒星和行星构成的“宇宙”，而后对模拟宇宙进行“观测”，确定开普勒望远镜在每一个模拟“宇宙”所能发现的行星数量。

开普勒-186f艺术概念图，它是人类发现的第一颗处在适居区的类地行星。开普勒的观测数据表明行星数量远超我们的想象

宾州大学研究生、研究论文第一作者丹利表示：“我们利用开普勒最终编制的行星目录以及欧航局‘盖亚’卫星获取的恒星信息进行我们的模拟研究。通过将模拟结果与开普勒编目的行星进行比较，我们测算了每颗恒星周围出现行星的几率以及这种几率与体积和轨道距离之间的关系。我们采用的新方法允许研究小组将此前研究未涵盖的多种影响因素考虑在内。”

这项研究取得的发现对规划未来确定潜在类地行星特征的航天任务具有重要意义。虽然开普勒望远镜发现了数千颗小体积行星，但绝大多数距母星异常遥远，导致天文学家很难深入了解它们的构成和大气层。

系外行星开普勒-1625b和一颗假想卫星。在开普勒之前，我们从未在太阳系外发现任何行星

福特指出：“科学家对搜寻类地行星大气层中的生物标记尤为感兴趣，搜寻暗示存在生命的分子。适居区涵盖一系列轨道距离，栖身这一区域的行星的地表能够出现液态水。在类日恒星适居区搜寻类地行星的生命证据，需要执行一项新的大型太空探索任务。”

这种任务的规摸取决于类地行星的数量。美国宇航局和美国国家科学院正在构想这样的探索任务。由于系外类地行星的多样性，这些任务的规摸和观测能力存在很大差异。如果类地行星较为罕见，与我们的距离可能就很远，这时便需要执行一项大规摸的宏大探索任务，搜寻潜在类地行星的生命证据。如果类地行星普遍存在，很可能存在与我们较近的类地行星。这种情况下，一项规摸较小的任务便可以研究它们的大气层。

有着“地球2.0”之称的开普勒-452b，距地球1400光年，在很多方面与地球类似。2014年，开普勒发现了这颗行星

根据模拟结果，研究人员估算出体积与地球非常接近（3/4到1.5倍）且轨道周期在237天至500天之间的系外行星的出现概率约为每4个恒星系统出现1颗。他们在进行估算时对不确定性因素进行了量化。根据他们的建议，未来的探索任务应聚焦这样一个范围——最低每33颗恒星出现1颗到最高每2颗恒星出现1颗。

福特指出：“ 了解发现一定体积和轨道周期的行星概率，对优化系外行星观测和规划未来探索任务具有重要意义，能最大限度地提高任务成功率。 在利用先进的统计学和计算手段对天文观测结果进行分析以解答这些疑问方面，宾州州立大学走在世人前列。我们的网络科学研究所（ICS）和天文统计学中心（CASt）提供必要的基础设施和支持，让这样的研究项目成为可能。”

翻译：牛树军

编辑：李安

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