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Archive for May 24th, 2020
24 May

談談外星人

這篇於 2020-05-24 在臉書發表。

談談外星人。

外星人存在嗎?

不是你我坐在茶餐室口沫橫飛大談『我認為外星人存在的可能性是xxxx』的那種,一般上科學家對這種問題的態度是『大膽假設,小心求證』。

但是。。。!

1961 年德國天文學家家法蘭克·德雷克(Frank Drake)提出了一條推測銀河系內外星人可能與我們通訊之文明數量的公式,被稱為德雷克公式(Drake Equation),看圖一。


圖一 雷德克方程式
https://en.wikipedia.org/wiki/Drake_equation#Range_of_results
  1. 銀河內恆星形成的速率,R*
  2. 該恆星有行星的可能性,Fp
  3. 該行星有可能發展出生命的平均數,Ne
  4. 該行星發展出生命的可能性,Fl
  5. 該生命演化出高智生物的可能性,Fi
  6. 該高智生命能夠進行通訊的可能性,Fc
  7. 該通訊時間的窗口,L

顯而易見的,這條方程式並不很嚴謹,因為以上這方程式裡的所有變數的估計值誤差範圍太廣,導出的答案也失之千里。比如德雷克本身推測這些值為:

  1. 每年都會有1顆新恆星形成
  2. 0.2 到 0.5 的恆星會有行星
  3. 這些恆星有 1 到 5 顆行星有可能發展出生命
  4. 100% 的以上行星都發展出生命
  5. 100% 以上的生命都演化出高智生物
  6. 0.1 到 0.2 的高智生物能夠進行通訊
  7. 該通訊的窗口介於 1 千年到 1億年之間。

答案的最低值為 20 顆,最高值為 5 千萬顆能跟我們通訊的高度文明行星。但可以看出以上除了(1)和(2)之外的值基本上都是根據自己喜好的、很粗略的、不著邊際的假設。

即使以目前最新的估計值,導出來的答案還是介於 0.00000000000091(基本上表示地球是唯一有高度文明的行星)到 15,600,000 顆之間,跟茶餐室胡說八道的數字沒有差別。

德雷克本身解釋了這條公式的用意是為了拋磚引玉,促進更多關於外星人存在性的討論,其本身並沒有學術上的價值。

要注意的是,這方程式並沒有考慮相對人類文明(有能力檢測外太空電磁波)的窗口。舉個例子,假設有符合德雷克方程式的外星人存在,但在 135 億年的漫長銀河系歲月裡,他們或許在地球還沒進入文明之前就已經毀滅了。也就是說,實際上有外星人的行星或許遠比德雷克方程式所預測的還多。

但是。。!

比雷德克方程式所預測的還多並就不令人振奮,任何數字乘以 0 結果還是 0,這是最悲觀的結果。

拋開雷德克方程式不說,我們的科學家們到底對外星人的存在探討得怎樣了?

有個叫搜尋地外文明(Search for Extra-Terrestrial Intelligence,SETI)的計劃,德雷克就是首個完成 SETI 實驗的天文學家。

1977 年,美國天文學家傑里·R·埃曼(Jerry R. Ehman)檢測來自人馬座的訊號,發現了一組明顯不屬於雜訊的電磁波,就是出名的 Wow! 訊號。這是目前史上唯一檢測到的符合來自地球之外的訊號模式。看圖二。

圖二 Wow! 訊號
https://en.wikipedia.org/wiki/Wow!_signal#/media/File:Wow_signal.jpg

此外 SETI 還啟動了 SETI@home 的計劃,利用自願者自家電腦來幫助運算。

今年初,SETI 發佈了 2,000 TB(2後面加15個0,相等於 8000 台 256GB 手機的容量)的檢測資料,結果當然還是是零。
銀河系有大約 1,000-4,000 億(100-400後面加九個0)顆恆星,科學家也在目前科學限制下發現了大約47顆位於『宜居帶』,Goldilocks zone,附近的類似地球的行星。

甚麽是『宜居帶』?科學家相信外星生物的演化很大可能性跟地球生物沒有多大差別。

首先是碳。前一陣子說過,碳是宇宙中最有彈性的元素,可以結合成不同的,由簡單到複雜的,分子。由於不需要在質量非常大的恆星爆炸中產生,碳在宇宙中也是相對豐富的。

其次是要有大量的液體,因為液體是孕育生命的溫床。記得在化學實驗室裡拿著試管晃呀晃的嗎?元素在液體中融合的機率比在氣體或真空中來得有效。宇宙中含量最多的就是氫跟氧結合成的水(H2O)。

雖然說液體不一定非得是水,液態氧、液態氮,等也是液體。但是由於這些元素跟碳碰不出甚麽火花,所以孕育生命的可能性相對非常低。而水分子中的氫跟氧元素則能跟碳產生不同複雜的分子,從而提高產生生命的可能性。

既然水是那麼的重要,那麼行星的表面溫度不能太高或太低。溫度太高水都蒸發成氣體,溫度太低變成固體冰。這決定了行星跟恆星之間的距離,太靠近或太遠都不能讓水維持在液體狀態。

再者,行星的體積不能太小,因為需要足夠的引力牽引着水,防止水氣流失到外太空。

這範圍之內就是宜居帶。看圖三。

圖三 宜居帶
https://exoplanets.nasa.gov/internal_resources/154

凡事都有列外,當然,統計學上它的可能性,無論多麼渺小,還是存在的。但即使在符合所有條件下的行星上都找不到外星人存在的證據,宜居帶之外的行星目前都不是科學家著重的地方,畢竟研究也需要經費。

對了,火星處在宜居帶外圍,過去也曾有水的證據,很有潛力成為第二個地球,所有科學家正在探討將火星改造成適合人類居住的星球。

到時人類的後代就是名副其實的火星人了。

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