有多少行星適宜生命生存？

霍弗特·席林

讓我們通過(guò)分別分析每一個(gè)參數(shù)，來(lái)重新審視德雷克方程。

R，也就是銀河系每年產(chǎn)生新恒星的速率，確實(shí)大約為1——天文學(xué)家對(duì)這一點(diǎn)非常確定。事實(shí)上，天文學(xué)家最近發(fā)

現(xiàn)，目前可能擁有智慧生命的恒星，在幾十億年前的形成速率更快。所以R=3的取值更加切合實(shí)際。

然而，天文學(xué)家和生物學(xué)家對(duì)方程中接下來(lái)的參數(shù)就沒(méi)有這么確定了。

第二個(gè)變量是fp，也就是具有行星系統(tǒng)的那一部分恒星的數(shù)量。最近的研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的年輕恒星周?chē)辑h(huán)繞著行星形成盤(pán)，而且自1995年以來(lái)，天文學(xué)家觀測(cè)到了幾十個(gè)周?chē)h(huán)繞著行星的類(lèi)似太陽(yáng)的恒星。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了天文學(xué)家一直以來(lái)的猜想：行星系統(tǒng)對(duì)恒星來(lái)說(shuō)是普遍存在的。

原行星形成帶通常能夠通過(guò)紅外觀測(cè)檢測(cè)到，很多照片也拍到了，例如哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的獵戶座星云。獵戶座

星云是我們銀河系中最多產(chǎn)的恒星形成區(qū)域之一。亞毫米波觀測(cè)經(jīng)常會(huì)顯示，在許多年老的恒星周?chē)h(huán)繞著稀薄的塵埃

盤(pán)，例如德雷克的第一個(gè)觀測(cè)目標(biāo)天苑四。這些行星盤(pán)中很多都是甜甜圈狀的。根據(jù)許多理論家的說(shuō)法，中間的空洞只

能通過(guò)行星盤(pán)內(nèi)側(cè)的行星匯聚氣體和塵埃的加積作用來(lái)清理干凈。另外，一些行星盤(pán)（包括天苑四）的扭曲直接顯示，在外側(cè)區(qū)域有一顆行星在運(yùn)轉(zhuǎn)。

至于實(shí)際檢測(cè)到的行星，截至2003年6月，太陽(yáng)系外行星搜尋發(fā)現(xiàn)，類(lèi)似太陽(yáng)的恒星中，大約12%在5個(gè)天文距離（相當(dāng)于木星與太陽(yáng)的距離）之內(nèi)擁有一顆巨大的行星。表面上看，這或許暗示12%的恒星具有行星系統(tǒng)，因此fp的值為

0.12。

然而，這只是故事的一部分。目前的搜尋技術(shù)只能檢測(cè)到大型行星，尤其是那些在小而快的軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)的。像太陽(yáng)

系中的行星這樣的目前還無(wú)法被檢測(cè)到，再過(guò)幾年應(yīng)該就可以觀測(cè)到了。類(lèi)日恒星擁有某種行星的比例很可能高于12%，在目前看來(lái)，從20%到100%都是合理的猜測(cè)。查爾斯·萊恩威弗和丹尼爾·格雷瑟在2003年9月發(fā)表的一篇文章深入探究了這個(gè)問(wèn)題。

這些觀測(cè)結(jié)果讓我們對(duì)fp有哪些最新的認(rèn)識(shí)呢？雖然目前我們沒(méi)有最終值，但有兩點(diǎn)很明確，fp的值很大，并且在德雷克方程中不是一個(gè)瓶頸。

德雷克方程中的另一個(gè)參數(shù)ne就沒(méi)有這樣確定的信息了。這個(gè)因子代表典型的類(lèi)太陽(yáng)系中具有適宜生命起源環(huán)境的星球的平均數(shù)量（e代表“類(lèi)似地球的”）。在1992年出版的著作《外星生命在哪里？》中，德雷克回憶道，在綠畔會(huì)議

上，參會(huì)者推斷ne的取值為1至5。換句話說(shuō)，每個(gè)行星系統(tǒng)都被認(rèn)為應(yīng)當(dāng)具有至少一顆類(lèi)地行星（定義為可能存在液態(tài)

水），可能擁有3顆、4顆或者5顆這樣的星球也不是一件難事。

這一樂(lè)觀看法基于太陽(yáng)系是一種典型系統(tǒng)的假設(shè)。今天，火星和木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二被看作具有早期生命的可能地點(diǎn)，根據(jù)德雷克公式的定義，太陽(yáng)系擁有3顆類(lèi)地星球。然而，過(guò)去幾年中發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系外的行星給我們上了一課，讓我們意識(shí)到，像太陽(yáng)系這樣的擁有許多漂亮的有環(huán)形穩(wěn)定軌道的行星和衛(wèi)星的系統(tǒng)可能是一個(gè)例外，而不是一種常態(tài)。就我們所知，擁有長(zhǎng)期穩(wěn)定的軌道和氣候的類(lèi)地行星可能非常稀少。

目前科學(xué)界對(duì)fl取值的關(guān)心跟過(guò)去相比已經(jīng)非常少了，這一因子代表適宜生命居住的行星中真實(shí)存在生命的比例。

構(gòu)成生命的基本分子元件——復(fù)雜的有機(jī)化合物甚至氨基酸——在宇宙中含量豐富。在隕石、彗星、星際氣體和塵埃中

都發(fā)現(xiàn)了它們的存在。星際空間中的氨基酸含量就比地球生物圈中的含量高很多。雖然碳?xì)浠衔锖桶被岵⒉皇蔷哂?/p>

活性的生命形式，但是有一點(diǎn)毋庸置疑，在星球之間的暗云中，很多生命前演化正在進(jìn)行。

最重要的是，近期的發(fā)現(xiàn)顯示，雖然39億年前年輕的地球上發(fā)生了許多毀滅性的、足以使海洋蒸發(fā)的事件，但是微

生物緊接著就出現(xiàn)了（從地質(zhì)學(xué)的角度上講）。有清晰的證據(jù)顯示，35億年前細(xì)菌就出現(xiàn)了，另一些受到更多爭(zhēng)議的證

據(jù)則表明這些細(xì)菌在37億甚至是38.5億年前就出現(xiàn)了。顯然，如果條件合適，生命的起源是一個(gè)很容易發(fā)生的直觀過(guò)程——至少，在整個(gè)星球都是實(shí)驗(yàn)室并且這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行幾百萬(wàn)年的時(shí)候是如此。

如果這一過(guò)程稀有且艱難，那么它就不會(huì)在這個(gè)星球一形成就發(fā)生，因?yàn)樗枰銐蚨嗟臅r(shí)間試錯(cuò)。生物學(xué)家目前在討論，生命的起源是不是分別發(fā)生了很多次。有充分的理由相信，今天的所有生命都來(lái)自一個(gè)共同的祖先，但是其他獨(dú)立的生物進(jìn)化鏈也可能很早就形成并且被淘汰了。如果生命確實(shí)可以在任何地方產(chǎn)生，那么可以假定fl=1。

這就剩下了3個(gè)未知因素。進(jìn)化產(chǎn)生智慧生命的可能性有多大？我們有多大的把握認(rèn)為，至少有一些外星智慧生命會(huì)向宇宙空間發(fā)射我們可以檢測(cè)到的無(wú)線電信號(hào)或者其他信號(hào)（fc）？能夠發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的文明的平均壽命（L）又是多長(zhǎng)？德雷克方程里的這些生物學(xué)和社會(huì)學(xué)因素受到的科學(xué)爭(zhēng)論和它們本身的不確定性比天文學(xué)因素更多。

生物學(xué)家指出，設(shè)想其他行星上的進(jìn)化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生我們熟知的這種智慧生命是一種非常天真的行為。已故的哈佛大

學(xué)古生物學(xué)家史蒂芬·杰·古爾德在他的暢銷(xiāo)書(shū)《精彩的生命》中斷言，“我們能夠存在，或許得感謝好運(yùn)氣。智人是一種存在，但不是一種趨勢(shì)”。進(jìn)化無(wú)法預(yù)測(cè)，沒(méi)有方向，混亂無(wú)序。古爾德多次指出，如果我們可以把地球上的生物進(jìn)化過(guò)程倒帶，再重新開(kāi)始，人類(lèi)就不可能再次出現(xiàn)在圖景中。我們是一系列僥幸成功和偶然事件的結(jié)果。

其他人反駁說(shuō)，我們尋找的不是人類(lèi)。沒(méi)有人指望在其他星球上找到人類(lèi)（不管是小綠人還是其他）。這個(gè)問(wèn)題的本質(zhì)是，是不是會(huì)有物種進(jìn)化到可以產(chǎn)生以抽象思維為基礎(chǔ)的智慧，可以存儲(chǔ)和操作信息，并發(fā)展出足夠大和復(fù)雜的社會(huì)以發(fā)展科學(xué)的程度。對(duì)樂(lè)觀者來(lái)說(shuō)，這看上去只是智慧程度的差異，并不是智慧生命種類(lèi)上的差異。地球上多樣化的動(dòng)物物種，從猿猴到章魚(yú)，就獨(dú)立進(jìn)化出了各種層次的智慧。

但是古爾德指出，進(jìn)化并沒(méi)有一個(gè)總體的模式，沒(méi)有喜好的方向。如果近期進(jìn)化出的一種動(dòng)物比之前的那些體型更

大并且更聰明，這很可能僅僅是一種僥幸。人類(lèi)層面的規(guī)劃和技術(shù)可能更是如此。

對(duì)一些生物學(xué)家和SETI的支持者來(lái)說(shuō)，“適者生存”這句話暗示更高等的智慧一定會(huì)提高一個(gè)物種在自然選擇中存活和擴(kuò)張的概率。但是已經(jīng)從哈佛大學(xué)退休的著名生物學(xué)家歐內(nèi)斯特·邁爾指出，很多天文學(xué)家和物理學(xué)家對(duì)于智慧生命的產(chǎn)生過(guò)于樂(lè)觀了。“跟生物學(xué)家相比，物理學(xué)家更傾向于用宿命論的方式思考。”他在1996年5月的《行星報(bào)告》中寫(xiě)道，“他們傾向于認(rèn)為，如果生命在一個(gè)地方產(chǎn)生，在一定時(shí)候就一定會(huì)發(fā)展出智慧生命?！鄙飳W(xué)家則認(rèn)為這種發(fā)展在很大程度上來(lái)講是不可能的。

奇怪的是，無(wú)論是樂(lè)觀論者還是悲觀論者，他們的觀點(diǎn)都建立在這樣一種關(guān)鍵的事實(shí)上——在我們這個(gè)星球，技術(shù)

的產(chǎn)生經(jīng)過(guò)了40億年。像邁爾這樣的悲觀論者（他們更愿意稱(chēng)自己為現(xiàn)實(shí)主義者）把這一點(diǎn)看作在一個(gè)給定的進(jìn)化中不

太可能產(chǎn)生智慧生命的證據(jù)。對(duì)樂(lè)觀論者來(lái)說(shuō)，這反而增強(qiáng)了他們對(duì)地外文明存在的信念。

這種差異產(chǎn)生于專(zhuān)家不同的學(xué)術(shù)背景。對(duì)生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，40億年中只發(fā)生一次的事情是極度罕見(jiàn)的。天文學(xué)家的視角則更為開(kāi)闊，在他們看來(lái)，在行星的生命周期中能夠發(fā)生一次的事情，對(duì)所有行星來(lái)說(shuō)都是合理的。

樂(lè)觀主義者指出，一些估算表明，在地球被膨脹的太陽(yáng)吞噬之前，它還有12億年的壽命。這比第一批簡(jiǎn)單生物從海

洋爬上陸地到今天為止的時(shí)間要長(zhǎng)出好幾倍。他們因此認(rèn)為，如果智慧生物的產(chǎn)生困難并且罕見(jiàn)，它就不會(huì)在地球上相對(duì)早期的階段產(chǎn)生。考慮到人類(lèi)在地球生命的漫長(zhǎng)紀(jì)元里出現(xiàn)得很早，看上去在今后的地質(zhì)年代里很可能會(huì)出現(xiàn)若干種完全不同的智慧生命（它們可能會(huì)找到我們的化石）。這一論點(diǎn)與由年輕的地球快速出現(xiàn)微生物引出的觀點(diǎn)相吻合。

悲觀論者回應(yīng)說(shuō)，我們并不知道地球上的溫和環(huán)境還能維持多久。地球上看起來(lái)很穩(wěn)定的環(huán)境或許是一系列僥幸的

結(jié)果，在地質(zhì)年代的層面上講，可能隨時(shí)都會(huì)結(jié)束。如果這樣想，人類(lèi)出現(xiàn)的時(shí)間在整個(gè)可利用的時(shí)間跨度上其實(shí)是很晚的。這或許表明智慧生物的產(chǎn)生幾乎是一件不可能的事。

與流行的觀點(diǎn)相左，智慧生物只產(chǎn)生了一次這一事實(shí)，并不能告訴我們它多久能發(fā)生一次。原因很簡(jiǎn)單，人類(lèi)的出現(xiàn)是一個(gè)孤立的事件，我們只是自我選定的特例。即使智慧生命的產(chǎn)生幾乎不可能到僅僅在宇宙一個(gè)偏遠(yuǎn)的角落里發(fā)生了一次，我們也必然會(huì)在那個(gè)角落里觀察這個(gè)事件，因?yàn)槲覀兙褪沁@個(gè)事件。

更加奇特的是，兩方陣營(yíng)都接受所謂的哥白尼原理。該原理主張，人類(lèi)在時(shí)間和空間上沒(méi)有位置偏好性。像邁爾這

樣的懷疑論者說(shuō)，認(rèn)為類(lèi)似人類(lèi)這樣的智慧生物在宇宙中不斷產(chǎn)生，是以人類(lèi)為中心衡量宇宙。像德雷克這樣的信仰者

則不愿意接受我們的獨(dú)特性，因?yàn)檫@會(huì)把我們置于一個(gè)非常不符合哥白尼原理的基礎(chǔ)上。

SETI研究所宇宙生命研究中心的主席克里斯托弗· 切巴總結(jié)說(shuō)：“這是一場(chǎng)關(guān)于進(jìn)化的偶然性和趨同性之間相對(duì)重要性的爭(zhēng)論?！睋Q句話說(shuō)，進(jìn)化趨勢(shì)中有多少是隨機(jī)的僥幸事件，有多少是重復(fù)駛向同一個(gè)方向的?！坝袥](méi)有可以幫助

我們聚焦和量化這一論點(diǎn)的數(shù)據(jù)？” 切巴繼續(xù)說(shuō)，“答案看起來(lái)很響亮，是！我們不需要猜測(cè)這些問(wèn)題，而是可以開(kāi)始

使用已被充分理解、可以量化的工具來(lái)量化評(píng)估其中一些問(wèn)題。”SETI研究所正在組織科研人員對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行攻關(guān)。

然而截至目前，fi是德雷克方程里最具爭(zhēng)議性的一個(gè)因子。一些科學(xué)家認(rèn)為它幾乎一定接近于0，其他人則確信它接

近于1，看上去沒(méi)有中間立場(chǎng)。

即使智慧生命是進(jìn)化的可能結(jié)果，fi或許也比1小很多，這一推論基于最近關(guān)于太陽(yáng)系和行星氣候穩(wěn)定性的深入研究。一顆行星開(kāi)始時(shí)適于生命的生存，并不代表它會(huì)一直如此。

麻省理工學(xué)院的弗雷德·瑞希歐和艾瑞克·福特等人的計(jì)算機(jī)模擬顯示，如果一個(gè)行星系統(tǒng)里同時(shí)存在兩顆（甚至更多）木星這樣的巨型星球，像地球這樣的行星是無(wú)法在它們的重力拔河比賽中存活的。它或者會(huì)被拋出這個(gè)系統(tǒng)，或

者會(huì)傾斜到被中間的恒星吞噬。

與此相反，如果系統(tǒng)里沒(méi)有任何巨型行星，同樣可能會(huì)對(duì)可以孕育生命的行星產(chǎn)生災(zāi)難性的影響。華盛頓卡內(nèi)基研究所的喬治· 威瑟里爾的計(jì)算機(jī)模擬表明，木星起到了太陽(yáng)系中重力吸塵器的作用，有效地減少了會(huì)游蕩到地球軌道上

的危險(xiǎn)彗星的數(shù)量。威瑟里爾說(shuō)，如果沒(méi)有木星，目前彗星撞擊地球的概率將會(huì)高出1000倍，其中包括每10萬(wàn)年就會(huì)發(fā)

生一次的真正災(zāi)難性的碰撞（像6500萬(wàn)年前讓恐龍滅絕的那一次一樣）。這一定會(huì)給從簡(jiǎn)單生命形式到高級(jí)智慧生物的

緩慢進(jìn)化過(guò)程制造大麻煩。

另外，法國(guó)經(jīng)度管理局的雅克·拉斯卡和菲利普·羅本泰進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)研究表明，巖質(zhì)的類(lèi)地行星顯示出了混亂的

軌道傾斜改變，這可以導(dǎo)致災(zāi)難性的氣候變化。幸運(yùn)的是，地球的這種無(wú)序傾向被跟月球之間的潮汐作用減弱了。如果

沒(méi)有一個(gè)大型衛(wèi)星，地球或許會(huì)跟火星一樣，具有高達(dá)20°到60°不等的軸傾角變化。這將會(huì)導(dǎo)致季節(jié)模式的極端變化。根據(jù)一份行星形成的分析報(bào)告，像地球這樣的行星，只有1/12的機(jī)會(huì)擁有一個(gè)由大型衛(wèi)星穩(wěn)定住的溫和軸傾角。從另一方面講，一顆沒(méi)有月球的地球或許會(huì)保持自己原有的快速旋轉(zhuǎn)，這也可以穩(wěn)定住旋轉(zhuǎn)軸。

每個(gè)人都可以猜測(cè)軸的搖擺會(huì)在多大程度上影響生命的進(jìn)化和智慧生命產(chǎn)生的機(jī)會(huì)。生物學(xué)家說(shuō)，變化和壓力其實(shí)

可以促進(jìn)新的、全能的、可以適應(yīng)環(huán)境的物種產(chǎn)生。例如，哈佛大學(xué)的保羅·霍夫曼及其3位同事在1998年提出，7.6億年前到5.5億年前在全球發(fā)生了一系列冰川時(shí)期，這場(chǎng)危機(jī)在同期或者稍后的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造了非凡的寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。地球地質(zhì)記載下來(lái)的災(zāi)難性大滅絕總是伴隨著具有活力的恢復(fù)，最終產(chǎn)生比之前更多的物種。無(wú)論大滅絕發(fā)生的范圍多大，此后的徹底恢復(fù)似乎總是需要1000萬(wàn)年。人類(lèi)在一次不尋常的冰川期出現(xiàn)，這有時(shí)候被當(dāng)作一個(gè)壓力驅(qū)動(dòng)進(jìn)化導(dǎo)致適應(yīng)性和智慧生命產(chǎn)生的例子。因此，一個(gè)擁有不穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)軸的行星很可能會(huì)加速進(jìn)化過(guò)程。

但是，如果行星危機(jī)太極端或者太頻繁，就會(huì)殺死一切，或者將生命形式鎮(zhèn)壓到最低的層次。不管怎么說(shuō)，我們今天的存在，似乎是一系列天文巧合的結(jié)果，這在1961年是沒(méi)有被設(shè)想過(guò)的。

這些巧合在彼得·沃德和唐納德·布朗李的著作《珍稀地球》一書(shū)中得到了詳盡的討論。沃德和布朗李提出，產(chǎn)生一個(gè)適宜生命生存的星球，并且在孕育高級(jí)生物的幾十億年間保持對(duì)生命友好的環(huán)境，是一件極度罕見(jiàn)的事。SETI研究所的塞思·肖斯塔克在一篇反駁文章中說(shuō)，他們的一些觀點(diǎn)夸大了。生命一旦建立起來(lái)，就可能有足夠的適應(yīng)性在非地球類(lèi)的條件下繁榮起來(lái)，因此不需要一個(gè)星球具有狹義的類(lèi)似地球的歷史。

沃德和布朗李的同事吉列爾莫·剛薩雷斯倡導(dǎo)的觀點(diǎn)是，在銀河系中只有一個(gè)狹窄的“宜居環(huán)”，在這里，條件適

宜，生命能夠存在。靠近銀河系的中心，生存條件可能過(guò)于惡劣，離中心更遠(yuǎn)的地方則沒(méi)有足夠的重元素來(lái)產(chǎn)生行星。很多專(zhuān)家都認(rèn)為這個(gè)想法過(guò)于粗略，也嚴(yán)重夸大。事實(shí)上，重元素廣泛分布于一個(gè)星系的星盤(pán)中（這一點(diǎn)的證據(jù)是顯而易見(jiàn)的：由碳和硅形成的灰暗的塵埃云充溢著大多數(shù)星盤(pán)的大多數(shù)區(qū)域），很多具有行星的恒星系重元素分布范圍相對(duì)寬泛。來(lái)自銀河系中央的危險(xiǎn)射線會(huì)被行星周?chē)拇髿鈱幼钃?，這也是我們把X 射線望遠(yuǎn)鏡和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡送上軌道的原因。大衛(wèi)·達(dá)令在他的著作《無(wú)處不在的生命》中指出，剛薩雷斯是從自己的宗教信仰出發(fā)提出了新天體生物學(xué)。他在其他著作中表示，上帝為一種智慧生命創(chuàng)造了一種世界，而剛薩雷斯的天文學(xué)觀點(diǎn)應(yīng)該放在這個(gè)前提下進(jìn)行理解。