天体物理学论文发表

外面有那么多的星系、恒星和行星，就真的没有一个外星人?为什么我们还没有发现他们存在的迹象？这是费米悖论的核心问题。在一篇新论文里，两位研究人员提出了下一个显而易见的问题：人类文明需要存活多久才能收到另一个外星文明的消息？他们的答案是 40万年。对于一个只存在了几十万年、大约在 12000 年前才发明农业的物种来说，400000 年是一段很漫长的时光。这是根据对交流地外智能文明(CETI)的一些新研究得出的。论文题为《我们银河系中可能的 CETI 的数量和这些 CETI 之间的通信概率》。作者是北京师范大学天文系的宋文杰和何高。该论文发表在《天体物理学杂志》上。“作为地球上唯一先进的智慧文明，人类最困惑的问题之一是我们是否独一无二。在过去的几十年里，有很多关于地外文明的研究。”研究其他文明总是令人困惑的，因为我们只有一个数据点：地球上的人类。尽管如此，许多研究人员仍将这个问题作为一种思想实验，使用严格的科学指导方针。例如，2020 年的一项研究得出结论，银河系中可能有 36 个 CETI。“我们一直想知道以下问题的答案。首先，银河系中存在多少 CETI？这是一个具有挑战性的问题。我们只能从一个已知的数据点(我们自己)中学习。”作者写道。这就是德雷克方程的用武之地。基于我们对银河系不断增长的了解，德雷克方程试图估计我们银河系中可能有多少 CETI。但德雷克方程有其缺陷。例如，它的一些变量的取值纯粹依赖人类的直觉，所以由它估算出的文明数量是不可靠的。但德雷克方程更像是一个思想实验，而不是实际的计算工具。我们必须从某个地方开始，而德雷克方程就是一个出发点。它也是这项新研究的起点。“大多数关于费米悖论的研究都基于德雷克方程。这种方法明显的困难之处在于，要量化生命可能出现在合适的星球上并最终发展成先进的交流文明的概率是不确定和不可预测的。”那么，如果我们甚至不知道可能有多少个 CETI，又是如何得出 400000 年的答案呢？他们的论文概述了以前为了解银河系其他文明所做的一些科学努力。例如，他们引用了 2020 年的研究，估算银河系中有 36 个 CETI。这个数字来自涉及银河系恒星形成 历史 、金属丰度分布以及恒星在其宜居带内拥有类地行星的可能性的计算。那篇论文澄清说，“[T]外星智能和交流文明的主题将完全处于假设领域，直到做出任何积极的检测”。但他们也指出，科学家们仍然可以基于逻辑假设产生有价值的模型，“这至少可以产生对此类文明发生率的合理估计”。这项研究提出了一些相同的想法。它处理两个参数。第一个涉及有多少类地行星是可供居住，以及这些行星上的生命多久演变成 CETI。第二个是主星演化的哪个阶段会诞生CETI。研究人员在计算中为这些参数中的每一个都赋予了一个变量。生命出现并演化成CETI的概率为(fc)，主星演化所需的阶段为(F)。宋和高 使用这些变量的不同值进行了一系列 Monte Carlo 模拟。他们得出了两种情况：乐观的前景和悲观的前景。乐观情景使用 F = 25% 和 fc = 0.1%。因此，在 CETI 出现之前，一颗恒星的生命周期必须至少达到 25%。对于每个类地行星，CETI 出现的几率只有 0.1%。这些乐观的变量取值创造了超过 42000 个 CETI，这听起来很多，但考虑同时出现的时间窗口，则大大减少了通信机会。此外，我们还需要再生存 2000 年才能实现双向通信。这听起来几乎触手可及。但这是让宇宙看起来很友好并被其他欢迎文明居住的乐观情景。也许他们中的一些人已经在互相交谈，我们只需要加入群聊。现在是悲观的情况。在悲观情景中，F = 75%，fc = 0.001%。因此，一颗恒星要到更老的时候才能拥有 CETI，并且任何单个类地行星拥有 CETI 的概率下降到微乎其微。这种悲观的计算在银河系中只产生了大约 111 个 CETI。更糟糕的是，我们还需要再活 40 万年才能与他们进行双向交流。 (从这角度来看，星际迷航开始于 22 世纪中叶。)这就是大过滤器的用武之地。大过滤器是阻碍物质变成生命然后发展成为先进文明的东西。作者提出了这个话题：“然而，有人提出，由于许多潜在的破坏，例如人口问题、核毁灭、突然的气候变化、流氓彗星、生态变化等，文明的寿命很可能是存在自我限制的。如果世界末日论点是正确，对于某些悲观的情况，人类在灭绝之前可能不会收到来自其他 CETI 的任何信号。”科学家们在他们的论文中写道：“fc 和 F 的值充满了许多未知数。”我们无法确定地知道这些东西，但我们不得不去 探索 它。这是人性的一部分。他们写道：“目前尚不确定有多少比例的类地行星可以孕育生命，而生命演化为 CETI 并能够向太空发送可探测信号的过程是高度不可预测的。”人类会遇到另一个文明吗？这是我们最引人注目的问题之一，几乎可以肯定，现在看到此文的人永远不会有答案。或者，很可能，我们永远不会有答案，而大过滤器会阻止我们找到答案。但是，如果人类需要一个目标，一个可以坚持的目标可以保持希望，那么与另一个 CETI 交流的梦想可能会实现。