有多少行星適宜生命生存？

霍弗特·席林

讓我們通過分別分析每一個參數，來重新審視德雷克方程。

R，也就是銀河系每年產生新恒星的速率，確實大約為1——天文學家對這一點非常確定。事實上，天文學家最近發

現，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的取值更加切合實際。

然而，天文學家和生物學家對方程中接下來的參數就沒有這么確定了。

第二個變量是fp，也就是具有行星系統的那一部分恒星的數量。最近的研究發現，幾乎所有的年輕恒星周圍都環繞著行星形成盤，而且自1995年以來，天文學家觀測到了幾十個周圍環繞著行星的類似太陽的恒星。這些發現證實了天文學家一直以來的猜想：行星系統對恒星來說是普遍存在的。

原行星形成帶通常能夠通過紅外觀測檢測到，很多照片也拍到了，例如哈勃空間望遠鏡拍攝的獵戶座星云。獵戶座

星云是我們銀河系中最多產的恒星形成區域之一。亞毫米波觀測經常會顯示，在許多年老的恒星周圍環繞著稀薄的塵埃

盤，例如德雷克的第一個觀測目標天苑四。這些行星盤中很多都是甜甜圈狀的。根據許多理論家的說法，中間的空洞只

能通過行星盤內側的行星匯聚氣體和塵埃的加積作用來清理干凈。另外，一些行星盤（包括天苑四）的扭曲直接顯示，在外側區域有一顆行星在運轉。

至于實際檢測到的行星，截至2003年6月，太陽系外行星搜尋發現，類似太陽的恒星中，大約12%在5個天文距離（相當于木星與太陽的距離）之內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，因此fp的值為

0.12。

然而，這只是故事的一部分。目前的搜尋技術只能檢測到大型行星，尤其是那些在小而快的軌道上運轉的。像太陽

系中的行星這樣的目前還無法被檢測到，再過幾年應該就可以觀測到了。類日恒星擁有某種行星的比例很可能高于12%，在目前看來，從20%到100%都是合理的猜測。查爾斯·萊恩威弗和丹尼爾·格雷瑟在2003年9月發表的一篇文章深入探究了這個問題。

這些觀測結果讓我們對fp有哪些最新的認識呢？雖然目前我們沒有最終值，但有兩點很明確，fp的值很大，并且在德雷克方程中不是一個瓶頸。

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

上，參會者推斷ne的取值為1至5。換句話說，每個行星系統都被認為應當具有至少一顆類地行星（定義為可能存在液態

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。

這一樂觀看法基于太陽系是一種典型系統的假設。今天，火星和木星的衛星木衛二被看作具有早期生命的可能地點，根據德雷克公式的定義，太陽系擁有3顆類地星球。然而，過去幾年中發現的太陽系外的行星給我們上了一課，讓我們意識到，像太陽系這樣的擁有許多漂亮的有環形穩定軌道的行星和衛星的系統可能是一個例外，而不是一種常態。就我們所知，擁有長期穩定的軌道和氣候的類地行星可能非常稀少。

目前科學界對fl取值的關心跟過去相比已經非常少了，這一因子代表適宜生命居住的行星中真實存在生命的比例。

構成生命的基本分子元件——復雜的有機化合物甚至氨基酸——在宇宙中含量豐富。在隕石、彗星、星際氣體和塵埃中

都發現了它們的存在。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。雖然碳氫化合物和氨基酸并不是具有

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

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

生物緊接著就出現了（從地質學的角度上講）。有清晰的證據顯示，35億年前細菌就出現了，另一些受到更多爭議的證

據則表明這些細菌在37億甚至是38.5億年前就出現了。顯然，如果條件合適，生命的起源是一個很容易發生的直觀過程——至少，在整個星球都是實驗室并且這個實驗可以進行幾百萬年的時候是如此。

如果這一過程稀有且艱難，那么它就不會在這個星球一形成就發生，因為它需要足夠多的時間試錯。生物學家目前在討論，生命的起源是不是分別發生了很多次。有充分的理由相信，今天的所有生命都來自一個共同的祖先，但是其他獨立的生物進化鏈也可能很早就形成并且被淘汰了。如果生命確實可以在任何地方產生，那么可以假定fl=1。

這就剩下了3個未知因素。進化產生智慧生命的可能性有多大？我們有多大的把握認為，至少有一些外星智慧生命會向宇宙空間發射我們可以檢測到的無線電信號或者其他信號（fc）？能夠發射無線電信號的文明的平均壽命（L）又是多長？德雷克方程里的這些生物學和社會學因素受到的科學爭論和它們本身的不確定性比天文學因素更多。

生物學家指出，設想其他行星上的進化過程會產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

學古生物學家史蒂芬·杰·古爾德在他的暢銷書《精彩的生命》中斷言，“我們能夠存在，或許得感謝好運氣。智人是一種存在，但不是一種趨勢”。進化無法預測，沒有方向，混亂無序。古爾德多次指出，如果我們可以把地球上的生物進化過程倒帶，再重新開始，人類就不可能再次出現在圖景中。我們是一系列僥幸成功和偶然事件的結果。

其他人反駁說，我們尋找的不是人類。沒有人指望在其他星球上找到人類（不管是小綠人還是其他）。這個問題的本質是，是不是會有物種進化到可以產生以抽象思維為基礎的智慧，可以存儲和操作信息，并發展出足夠大和復雜的社會以發展科學的程度。對樂觀者來說，這看上去只是智慧程度的差異，并不是智慧生命種類上的差異。地球上多樣化的動物物種，從猿猴到章魚，就獨立進化出了各種層次的智慧。

但是古爾德指出，進化并沒有一個總體的模式，沒有喜好的方向。如果近期進化出的一種動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。人類層面的規劃和技術可能更是如此。

對一些生物學家和SETI的支持者來說，“適者生存”這句話暗示更高等的智慧一定會提高一個物種在自然選擇中存活和擴張的概率。但是已經從哈佛大學退休的著名生物學家歐內斯特·邁爾指出，很多天文學家和物理學家對于智慧生命的產生過于樂觀了。“跟生物學家相比，物理學家更傾向于用宿命論的方式思考。”他在1996年5月的《行星報告》中寫道，“他們傾向于認為，如果生命在一個地方產生，在一定時候就一定會發展出智慧生命。”生物學家則認為這種發展在很大程度上來講是不可能的。

奇怪的是，無論是樂觀論者還是悲觀論者，他們的觀點都建立在這樣一種關鍵的事實上——在我們這個星球，技術

的產生經過了40億年。像邁爾這樣的悲觀論者（他們更愿意稱自己為現實主義者）把這一點看作在一個給定的進化中不

太可能產生智慧生命的證據。對樂觀論者來說，這反而增強了他們對地外文明存在的信念。

這種差異產生于專家不同的學術背景。對生物學家來說，40億年中只發生一次的事情是極度罕見的。天文學家的視角則更為開闊，在他們看來，在行星的生命周期中能夠發生一次的事情，對所有行星來說都是合理的。

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

洋爬上陸地到今天為止的時間要長出好幾倍。他們因此認為，如果智慧生物的產生困難并且罕見，它就不會在地球上相對早期的階段產生。考慮到人類在地球生命的漫長紀元里出現得很早，看上去在今后的地質年代里很可能會出現若干種完全不同的智慧生命（它們可能會找到我們的化石）。這一論點與由年輕的地球快速出現微生物引出的觀點相吻合。

悲觀論者回應說，我們并不知道地球上的溫和環境還能維持多久。地球上看起來很穩定的環境或許是一系列僥幸的

結果，在地質年代的層面上講，可能隨時都會結束。如果這樣想，人類出現的時間在整個可利用的時間跨度上其實是很晚的。這或許表明智慧生物的產生幾乎是一件不可能的事。

與流行的觀點相左，智慧生物只產生了一次這一事實，并不能告訴我們它多久能發生一次。原因很簡單，人類的出現是一個孤立的事件，我們只是自我選定的特例。即使智慧生命的產生幾乎不可能到僅僅在宇宙一個偏遠的角落里發生了一次，我們也必然會在那個角落里觀察這個事件，因為我們就是這個事件。

更加奇特的是，兩方陣營都接受所謂的哥白尼原理。該原理主張，人類在時間和空間上沒有位置偏好性。像邁爾這

樣的懷疑論者說，認為類似人類這樣的智慧生物在宇宙中不斷產生，是以人類為中心衡量宇宙。像德雷克這樣的信仰者

則不愿意接受我們的獨特性，因為這會把我們置于一個非常不符合哥白尼原理的基礎上。

SETI研究所宇宙生命研究中心的主席克里斯托弗· 切巴總結說：“這是一場關于進化的偶然性和趨同性之間相對重要性的爭論。”換句話說，進化趨勢中有多少是隨機的僥幸事件，有多少是重復駛向同一個方向的。“有沒有可以幫助

我們聚焦和量化這一論點的數據？” 切巴繼續說，“答案看起來很響亮，是！我們不需要猜測這些問題，而是可以開始

使用已被充分理解、可以量化的工具來量化評估其中一些問題。”SETI研究所正在組織科研人員對這一問題進行攻關。

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

近于1，看上去沒有中間立場。

即使智慧生命是進化的可能結果，fi或許也比1小很多，這一推論基于最近關于太陽系和行星氣候穩定性的深入研究。一顆行星開始時適于生命的生存，并不代表它會一直如此。

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

者會傾斜到被中間的恒星吞噬。

與此相反，如果系統里沒有任何巨型行星，同樣可能會對可以孕育生命的行星產生災難性的影響。華盛頓卡內基研究所的喬治· 威瑟里爾的計算機模擬表明，木星起到了太陽系中重力吸塵器的作用，有效地減少了會游蕩到地球軌道上

的危險彗星的數量。威瑟里爾說，如果沒有木星，目前彗星撞擊地球的概率將會高出1000倍，其中包括每10萬年就會發

生一次的真正災難性的碰撞（像6500萬年前讓恐龍滅絕的那一次一樣）。這一定會給從簡單生命形式到高級智慧生物的

緩慢進化過程制造大麻煩。

另外，法國經度管理局的雅克·拉斯卡和菲利普·羅本泰進行的動力學研究表明，巖質的類地行星顯示出了混亂的

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

沒有一個大型衛星，地球或許會跟火星一樣，具有高達20°到60°不等的軸傾角變化。這將會導致季節模式的極端變化。根據一份行星形成的分析報告，像地球這樣的行星，只有1/12的機會擁有一個由大型衛星穩定住的溫和軸傾角。從另一方面講，一顆沒有月球的地球或許會保持自己原有的快速旋轉，這也可以穩定住旋轉軸。

每個人都可以猜測軸的搖擺會在多大程度上影響生命的進化和智慧生命產生的機會。生物學家說，變化和壓力其實

可以促進新的、全能的、可以適應環境的物種產生。例如，哈佛大學的保羅·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生了一系列冰川時期，這場危機在同期或者稍后的時間內創造了非凡的寒武紀生命大爆發。地球地質記載下來的災難性大滅絕總是伴隨著具有活力的恢復，最終產生比之前更多的物種。無論大滅絕發生的范圍多大，此后的徹底恢復似乎總是需要1000萬年。人類在一次不尋常的冰川期出現，這有時候被當作一個壓力驅動進化導致適應性和智慧生命產生的例子。因此，一個擁有不穩定旋轉軸的行星很可能會加速進化過程。

但是，如果行星危機太極端或者太頻繁，就會殺死一切，或者將生命形式鎮壓到最低的層次。不管怎么說，我們今天的存在，似乎是一系列天文巧合的結果，這在1961年是沒有被設想過的。

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

沃德和布朗李的同事吉列爾莫·剛薩雷斯倡導的觀點是，在銀河系中只有一個狹窄的“宜居環”，在這里，條件適

宜，生命能夠存在。靠近銀河系的中心，生存條件可能過于惡劣，離中心更遠的地方則沒有足夠的重元素來產生行星。很多專家都認為這個想法過于粗略，也嚴重夸大。事實上，重元素廣泛分布于一個星系的星盤中（這一點的證據是顯而易見的：由碳和硅形成的灰暗的塵埃云充溢著大多數星盤的大多數區域），很多具有行星的恒星系重元素分布范圍相對寬泛。來自銀河系中央的危險射線會被行星周圍的大氣層阻擋，這也是我們把X 射線望遠鏡和伽馬射線望遠鏡送上軌道的原因。大衛·達令在他的著作《無處不在的生命》中指出，剛薩雷斯是從自己的宗教信仰出發提出了新天體生物學。他在其他著作中表示，上帝為一種智慧生命創造了一種世界，而剛薩雷斯的天文學觀點應該放在這個前提下進行理解。