科学家修改著名的德雷克方程

在涉及天文和生物参数的不确定性中，德雷克方程通常预测我们的银河系中应该有许多系外行星(<100 到数百万颗)拥有活跃的交流文明。然而，这些乐观的计算并没有证据支持，这通常被称为费米悖论。德克萨斯大学达拉斯分校教授罗伯特·斯特恩和苏黎世联邦理工学院教授塔拉斯·格里亚通过展示长期板块构造以及海洋和大陆对于活跃的交流文明演化的重要性，详细阐述了这一长期存在的谜团。

1961 年，美国天体物理学家和天体生物学家弗兰克·德雷克博士设计了一个方程式，其中将几个因素相乘，以估算银河系中能够向人类告知其存在的智慧文明的数量：

N = R * f p * ne * f l * f i * f c * L

N：银河系中可探测到电磁辐射(无线电波等)的文明数量;

R：每年形成的恒星数量;

f p： 具有行星系统的恒星的比例;

ne ：每个太阳系中适宜生命生存的行星数量;

f l：适合生命存在的行星的比例;

f i： 出现智慧生命的适宜生命行星的比例;

fc ：开发出可产生可检测存在迹象的技术的文明的比例;

L：此类文明产生此类迹象的平均时间长度(年份)。

为这七个变量赋值就像一场有根据的猜谜游戏，人们预测这些文明应该广泛存在。但如果这是真的，为什么没有确凿的证据证明它们存在呢?

这一矛盾被称为费米悖论，以意大利人、后来入籍美国的核物理学家和诺贝尔奖获得者恩里科·费米博士的名字命名，他非正式地向同事提出了这个问题。

斯特恩教授说：“生命在地球上已经存在了大约 40 亿年，但像动物这样的复杂生物直到大约 6 亿年前才出现，这距离现代板块构造阶段开始后不久。”

“板块构造确实启动了进化机器，我们认为我们知道其中的原因。”

斯特恩教授和格里亚教授在论文中建议改进德雷克方程的一个因子——f i，即出现智慧生命的适宜生命行星的比例——以考虑到大洋和大陆的必要性，以及这些行星上超过 5 亿年的板块构造的存在。

“在最初的表述中，这个因素被认为接近 1，即 100%——也就是说，所有有生命的行星上的进化都会向前推进，经过足够的时间，就会变成一个智慧文明。我们的观点是：这不是真的，”斯特恩教授说。

研究人员建议对 Drake 方程进行修改，将 f i定义为两个项的乘积：

f oc：具有重要大陆和海洋的宜居系外行星的比例;

和 f pt：经历过长期板块构造的行星的比例。

根据研究小组的分析，水含量最优的系外行星比例可能非常小。

作者估计 f oc的值在 0.0002 到 0.01 之间。

同样地，他们得出结论，持续超过 5 亿年的板块构造也极不寻常，导致 f pt的估计值小于 0.17。

斯特恩教授说： “当我们将这些因素相乘时，我们会得到一个非常小的 f i精确估计值，在 0.003% 到 0.2% 之间，而不是 100%。”

“这解释了为什么我们银河系中适合智慧生命发展的行星条件极其罕见，并解决了费米悖论。”

他补充道：“生物地球化学认为，固体地球，特别是板块构造，加速了物种的进化。”

“像我们这样的研究很有用，因为它们激发了人们对更大谜团的广泛思考，并提供了我们如何将对地球系统的知识应用于有关宇宙的有趣问题的例子。”

该论文发表在《科学报告》杂志 2024 年 4 月版上。