外面有多少外星文明？

对于外星人猎人来说，这是一个好兆头：超过3亿个与地球条件相似的星球散布在银河系各处。一项新的分析得出结论，银河系大约一半的类日恒星在宜居地带拥有岩石世界，那里的液态水可能会汇集或流动到行星表面。

“这是我们一直在等待的科学结果，”加州大学圣克鲁斯分校的天文学家娜塔莉·巴塔哈(Natalie Batalha)说，她参与了这项新的研究。

这一发现已经被“天文学杂志”接受并发表，它确定了德雷克方程中的一个关键数字。这个方程式是我父亲弗兰克·德雷克在1961年设计的，它为计算银河系中可探测到的文明数量建立了一个框架。现在，公式中的前几个变量--包括类太阳恒星的形成速率、有行星的恒星的比例以及每个恒星系统中可居住世界的数量--都是已知的。

没有参与这项新研究的SETI研究所的天文学家塞斯·肖斯塔克(Seth Shostak)表示，拥有与地球相似世界的类日恒星的数量“可能是千分之一，也可能是百万分之一--没有人真正知道”。

天文学家使用NASA行星搜索开普勒宇宙飞船的数据估计了这些行星的数量。开普勒凝视恒星长达九年之久，观察着围绕其轨道运行的行星遮挡部分恒星光线时产生的短暂闪烁。到2018年任务结束时，开普勒已经发现了大约2800颗系外行星-其中许多与绕太阳运行的世界完全不同。

但开普勒的主要目标一直是确定像地球这样的行星有多常见。这项计算需要欧洲航天局的盖亚宇宙飞船的帮助，盖亚宇宙飞船监测整个银河系的恒星。有了盖亚的观测，科学家们终于能够确定银河系中居住着数亿颗地球大小的行星，这些行星围绕着类似太阳的恒星运行-最近的一颗行星可能距离太阳系不到20光年。

德雷克方程式使用七个变量来估计银河系中可检测到的文明数量。它考虑了一些因素，比如拥有行星系统的类日恒星的比例，以及每个系统中适合居住的行星的数量。从那里，它考虑生命在具有合适条件的世界上进化的频率，以及这些生命形式最终开发出可检测到的技术的频率。在最初的形式中，方程假设精通技术的外星人将在围绕类太阳恒星运行的行星上进化。

“当天文学家谈论寻找这些行星时，每个人实际上都在谈论德雷克方程，对吗？”宾夕法尼亚州立大学的天文学家Jason Wright说，他研究潜在的宜居世界，但没有参与这项新的研究。“我们在进行计算时都考虑到了这一点。”

科学家们花了半个多世纪的时间才开始确定有多少行星可以可行地容纳生命。1961年，天文学家知道除了太阳之外，没有任何世界围绕恒星运行-尽管行星形成理论表明系外行星应该是常见的，但我们没有观测证据证明它们的存在。但在过去的十年里，很明显，银河系中行星的数量超过了恒星，这一点变得非常普遍。平均而言，几乎每颗恒星都至少拥有一个轨道世界。

赖特说，这一认识“真的是向前迈出了一大步”。“这告诉我们，据我们所知，有许多可能存在生命的地点。”但巴塔哈说，德雷克方程式中的下一个因素--每个行星系统的可居住世界的数量--更难计算。

开普勒通过寻找行星穿过恒星表面时产生的光线的凹陷，并短暂地遮挡了一小部分星光，从而发现了遥远的世界。根据星光被阻挡的程度和频率，科学家可以计算出一颗行星有多大，以及绕其恒星运行需要多长时间。使用这种方法，开普勒发现了数以千计的各种大小和轨道的系外行星。但科学家真正追求的是像地球这样的一小部分行星：温带的、多岩石的、绕太阳轨道运行的恒星。

早期的估计表明，大约20%的类日恒星拥有一个符合这些标准的世界。我们现在知道，如果不是更多的话，这个数字接近50%。

“这比我想的要高。我总是对公众说，四分之一的人，五分之一的人--这个结果是一个相当令人惊喜的结果，“巴塔哈说。“平均而言，每隔一颗类似太阳的恒星都可能有一颗潜在的宜居行星。”

计算这些行星的频率带来了意想不到的挑战。开普勒观测到的恒星比科学家预期的更活跃，它们产生的信号可以模仿或混淆凌日行星的信号。而且航天器本身也很挑剔，需要周期性的动作，使观测变得复杂，特别是在一些关键部件发生故障后，这些部件帮助保持了它的凝视稳定。

为了得出他们的结论，巴塔哈和她的同事结合了开普勒和盖亚的数据，盖亚正在追踪和描述10亿颗附近的恒星。他们从开普勒发现了半径在0.5到1.5之间的行星，这些行星很可能是岩石而不是气体。然后，他们从盖亚那里获得了这些行星运行的恒星的温度和大小。

研究小组计算了到达每个星球的能量有多少，而不是仅仅根据行星与恒星的距离来计算行星的潜在宜居性。从那里，研究小组选择了温度允许液态水在表面生存的世界。

一旦研究小组获得了已知的围绕类太阳恒星运行的岩石、温带星球的样本大小，他们就能够估计出整个银河系中存在多少这样的恒星。他们发现，银河系中37%到60%的类日恒星应该拥有一个温带的地球大小的世界-使用对温带世界所需能量的更自由计算，他们发现多达58%到88%的类日恒星可能拥有这样的世界。

当然，决定宜居地带的世界是否真正对生命友好的因素有很多。磁场、大气、含水量和板块构造等行星特征都起着作用，这些都是在遥远的小星球上很难观察到的。

即便如此，“这篇论文确实有助于我们准确地了解那里可能有多少个生命遗址，”赖特说。“他们计算出到最近的这类行星的最有可能的距离，最后就到了我们的天体后院。”距离最近的这样的星球可能在20光年以内，其中4个应该在33光年以内。

既然天文学家对银河系中散布着多少个与地球相似的星球有了很好的认识，他们就可以继续研究德雷克方程中的变量了。剩下的许多因素将很难确定，包括外星人多久开发一次我们可以检测到的技术，以及这种文明可以检测到的时间长度等关键问题。

另一个悬而未决的问题是，考虑到已经在较小、较冷的恒星周围发现了几个地球大小的星球，科学家是否应该包括不像太阳的恒星。赖特说，也许我们应该考虑行星以外的世界--尽管开普勒的许多世界都很大，而且充满气体，“它们可能像”星球大战“中的恩多(Endor)那样拥有森林卫星。”“或者，我猜，潘多拉，就像”阿凡达“里的那样。”

天文学家们非常接近于弄清楚方程式中的下一个因素：生命进化所在的宜居世界的比例。随着我们继续探索我们的太阳系，我们发现宜居生态位的清单很长，而且种类繁多。火星或木星冰冷的卫星木卫二等星球可能存在微生物生命，甚至金星上方的有毒云层也可能蕴藏着生命。

“如果它在太阳系发生不止一次，”赖特说，“你很快就会得出这个数字。”

只要找到一个地球以外的生命的例子，就可以证明生物学不是宇宙的侥幸，而是一个可能的结果，如果成分正确的话。考虑到宇宙中可居住的房地产的数量，许多天文学家说，生命基本上是不可避免的。

但是，计算出德雷克方程式中的最后几个变量--这些变量将告诉我们，地球是否是银河系仅有的技术娴熟的有机体的家园--将是个谜，直到我们听到外星世界的低语，就像我父亲所说的那样。