银河系中存在 100 万个由才智生物发明的文明，这可信吗？

liukang20245天前718吃瓜588

当埃隆·马斯克揭露介绍了自己的火星移民方案今后，人们或许对此抱以彻底不同的两种观念，一些人觉得这一方案纯属想入非非，但别的一些人却对此充溢等待。移民火星并在火星树立社区，真的可行吗？

《火星时代》（榜首季）（2016）剧照。

1976 年，当“海盗 1 号”（Viking I）国际飞船抵达火星时，人们从前抱有很大希望，觉得榜首种田外生命——至少是直接标明它存在的信号——要被发现了。但事实上，它并未发现生命。

自古以来，人类便对国际怀有猎奇，对地外文明的梦想和探究也从未停止。事实上，早在1974年，地理学家卡尔·萨根就提出，仅在银河系，便存在100万个由才智生命发明的文明。这个激动人心的观念催生了许多科幻小说或影视作品，其间对外星才智生命特征的种种描写，充沛满意了咱们内心深处对这些没有呈现的“太空街坊”的等待。

但是，跟着有关地球生命来历与外星生命探究的研讨不断深入，越来越多的科学依据标明，40亿年前生命在这颗蓝色行星上的来历和杂乱性的演化，直至开展出今日的文明，并非恣意星系中随处可见的现象，而是一种非常稀有的成果。地球这枚“昏暗蓝点”，或许真的是苍茫国际中仅有适宜高级生命存在的家乡。

在《稀有地球：为什么杂乱生命在国际中如此稀有》一书中，古生物学家彼得·D.沃德和地理学家唐纳德·布朗利结合最新的地理物理学、天体生物学和行星科学知识指出，尽管微生物这样简略生命的活动依据不难找到，但杂乱生命的演化和生计所需的条件却恰当可贵，如宜居带的构成、板块结构和月球在地球生命来历中所扮演的人物等，而这意味着，不但是才智生命，就连最简略的动物在银河系乃至整个国际中都是极为稀有的，而这正是“稀有地球”假说。

在二人看来，地球上的缤纷生命远比咱们所梦想的更为宝贵，由于即使尽头人类文明，咱们也未必能接触到另一个国际文明。那么，果真如此吗？

以下内容经出书方授权节选自《稀有地球：为什么杂乱生命在国际中如此稀有》，较原文有删省修正，部分小标题为编者所加。

《稀有地球：为什么杂乱生命在国际中如此稀有》，[美]彼得·D.沃德、唐纳德·布朗利著，刘夙译，商务印书馆2021年9月版。

稀有地球假说：简略生命有遍及性，杂乱生命具稀有性

不管哪一天晚上，都有一大堆外星生命一再呈现在全国际的电视机和电影院屏幕上。不管是“星球大战”系列、“星际迷航”系列仍是《X档案》，传达的意思都是很了解的：国际中充满着外星生命方法，有多种多样的形体构型和智力，仁慈程度也各不相同。咱们的社会对外星生命显着非常沉迷，不只希望其他行星上有生命，乃至还希望国际中能呈现许多才智生命，发明出外星文明。

对国际中其他当地存在才智生命的这种估测误差，部分是源于人们希望（也或许是惧怕）它们存在，部分则是源于地理学家弗兰克·德雷克（Frank Drake）和卡尔·萨根（Carl Sagan）的一部现在很有名的作品，他们在此书中对咱们地点的银河系中或许存在的先进文明数目提出了一种估测方法（即德雷克方程）。用这个方程加以估测的根底，是先对以下数目进行符合学理的评价：银河系中行星的数目，其间或许有生命休息的行星所占的份额，以及不只存在生命并且

现已开展出文明的行星所占的份额。德雷克和萨根得出了一个惊人的定论：才智生命在整个银河系中应该遍及存在，广泛散布。事实上，卡尔·萨根在 1974 年估量，光是咱们银河系这一个星系，就或许有100 万个文明。考虑到咱们银河系也只不过是国际中数以千亿计的星系之一，国际中的才智外星物种的数目必定极为巨大。

电影《X档案：降服未来》（1998）剧照。

银河系中存在 100 万个由才智生物发明的文明，这是一个激动人心的观念。但它可信吗？德雷克方程的这个解隐含了一些需求查验的假定。其间最重要的一点是，它假定生命一旦在某颗行星上来历，就会演化出更高的杂乱性，终究就会在许多行星上开展出文明，抵达巅峰。当然，这正是咱们的地球上所发生的事。在这里，生命来历于大约 40 亿年前，然后从单细胞生物演化出具有组织和器官的多细胞生物，终究呈现高级植物和动物。但是，这样一种生命史——杂乱性不断添加，直至演化到动物等级——是演化所不可避免的成果吗？它真是一种常见现象吗？假如它实际上仅仅一种非常稀有的成果呢？

不但是才智生命，就连最简略的动物在银河系乃至整个国际中都是极为稀有的。咱们并没有说生命是稀有的——仅仅说动物是稀有的。咱们信任，微生物或与之形状相似的生命在国际中遍及存在，有或许比德雷克和萨根估量的还要遍及。但是，杂乱生命——高级植物和动物——或许要比人们一般所假定的稀有得多。简略生命有遍及性，杂乱生命具稀有性，咱们把这两个预言合起来称为“稀有地球假说”。

咱们对地外生命的热切搜求才刚刚开端，但咱们现已进入了一个特别的发现时代。这是一个激动人心的时代，展示着新知识的曙光，自欧洲人乘着木帆船抵达新国际以来或许就没再有过这样的现象。咱们也正在抵达新的国际，以一日千里的速度获取数据。旧思想在衰亡，新观念跟着每一幅新的卫星图画或每一项深空勘探的成果起崎岖伏。在有关国际中的生命的许多假说中，生物学或古生物学的每一项新发现都支撑或冲击了其间的某些假说。

这是一个不同寻常的时代，一门新的科学——地理生物学——正在诞生。它要点重视的对象是国际中支撑生命的条件。这个新范畴的研讨者有年轻人也有白叟，他们具有多种多样的学科布景。在新闻发布会上很简略见到他们的脸上显露极为热切的神态，就像在“火星探路者”取得试验成果、南极冰原上发现火星陨石、从木星卫星那里收集到新相片之后的新闻发布会上所见的那样。在一般文质彬彬的科学会议上，心情激动到极点；有人声名大振，有人却声誉大损；人们的希望就像在乘坐过山车，科学一致以令人目眩的速度推动和扔掉。

咱们是一场科学革新的见证者，而就像任何科学革新中的状况相同，终究总会有胜利者和失败者——对观念及其支撑者来说都是如此。这非常像开端发现 DNA 结构时的20 世纪 50 时代前期，或刚刚确认板块结构和大陆漂移概念的 20 世纪 60 时代。当年这两个事情都引发了科学革新，不但让与它们直接相关的学科发生了彻底重组，许多与之有相关的学科也不得不做出调整，并且还打破了学科之间的鸿沟，让咱们能够用新方法审视咱们自己和周边的国际。

关于现在这场最新的科学革新—— 20 世纪 90 时代以降的地理生物学革新——来说，状况也将如此。而让这场革新显得如此惊人的是，它并不是发生在科学的某个分支学科内部，比方 20世纪 50 时代的生物学或 60 时代的地质学，而是许多不同的学科穿插集聚的成果。这些学科包含地理学、生物学、古生物学、海洋学、微生物学、地质学和遗传学，等等。

即使尽头人类文明，咱们也未必能接触到另一个国际文明

从某种意义上来说，地理生物学是生物学范畴的推动，它不再只研讨地球生命，而把地球以外的生命也包含在内。它迫使咱们从头考虑地球生命，将它仅仅作为生命作业的单一比方，而不是仅有比方。地理生物学要求咱们打破传统生物学的桎梏，一向把整颗行星视为生态体系。它需求咱们了解化石前史。它让咱们考虑绵长的时段，而不只仅考虑此地、此刻。最为底子的是，它需求咱们扩展科学的视界——在时刻和空间上都须如此。

正由于地理生物学革新牵涉到如此涣散的学科范畴，它让学科之间的许多边界崩溃融化。古生物学家在非洲的岩石中发现的几十亿年前的某种重生命方法，对研讨火星的行星地质学家来说能够有重大意义。勘探海底的潜水器所发现的化学物质，也或许让行星地理学家的核算为之改观。测定一串基因序列的微生物学家能够影响到在行星地质学家的试验室里研讨木卫二（木星的卫星之一）上冻住的海洋的海洋学家的作业。

最不或许的学术联络正在树立，从前把科学阻隔为生硬范畴的那些可畏的学术壁垒正在打破。来自不同学科的新发现都瞄准了地理生物学的那些核心问题：生命在国际中有多遍及？它在哪里能存活？它能留下化石记载吗？它有多杂乱？达观主义者和失望主义者在重复比赛，电子邮件来来往往，学术会议一场一场仓促举行，新取得的发现让研讨项目敏捷转向。人们抱着铭肌镂骨的激动之情，为之如痴如醉，久久不能自制。研讨者都沉迷于一种更加坚决的崇奉：生命在地球以外存在。

地理生物学革新让人颇感意外，由于它部分是从人们失望之后的科学废墟上从头生发出来的。早在 20 世纪 50 时代，闻名的米勒—尤里（Miller-Urey）试验就标明有机物很简略在试管中组成出来（这是模拟了前期地球环境），科学家因而认为他们现已快要发现生命来历的进程了。在这之后不久，人们在一颗刚掉落的陨星中发现了氨基酸，标明生命的质料在国际空间中存在。很快，射电望远镜的观测也证明了这一点，在星际云中发现了有机物的存在。构建生命的根本零件好像遍及国际。显着，地外生命的存在具有实际或许性。

当“海盗 1 号”（Viking I）国际飞船在 1976 年抵达火星时，人们从前抱有很大希望，觉得榜首种田外生命——至少是直接标明它存在的信号——要被发现了。但是，“海盗 1 号”并未发现生命。事实上，它发现了不利于有机质存在的条件：极寒，有毒的土壤，水分的缺少。在许多人心目中，这些发现击破了地外生命可在太阳系里发现的一切梦想。对重生的地理生物学范畴来说，这是一场消灭性冲击。

差不多这个时分，还发生了另一个让人懊丧的重要事情。对太阳系外行星的榜首批严厉的研讨全都得到了负面成果。尽管许多地理学家信任其他恒星很或许也遍及有行星围之作业，但这依然只能是个笼统的推理，由于在运用地上望远镜查找之后，没有任何依据标明在咱们太阳系之外还有其他行星存在。到 20 世纪 80 时代前期，人们对这个范畴呈现真实开展示已不抱什么希望，由于咱们好像连盘绕其他恒星作业的行星都勘探不出来。

但是，也便是在这个时分，一项新发现为今日由地理生物学家遍及运用的多学科穿插方法铺平了路途。 1980 年，学界宣告恐龙并非因渐进的气候改变而灭绝（这是人们长时刻所持的观念），而是遭受了一颗大彗星在 6500 万年前碰击地球带来的灾变效应的消灭性冲击，这成了科学上的转捩点。地理学家、地质学家和生物学家榜首次有了理由，得以就一个与他们的学科都有联系的科学问题互相打开严厉攀谈。来自这些在此之前还互相阻隔的范畴的研讨者发现，他们竟和一群生疏的科学家同坐一桌——一切人都是被同一个问题招引而来：小行星和彗星能够导致大灭绝吗？现在现已曩昔了 20 年，这同一批与会者中有一些人正在着手研讨一个更大的问题，便是要看看地球以外的行星上生命现象到底有多遍及。

珀西瓦尔·洛威尔（Percival Lowell）在 1908 年制作的火星地图。有人认为图上的线状物是由火星人制作的灌溉渠。《稀有地球：为什么杂乱生命在国际中如此稀有》插图。

悠远的太空为生命在国际中的来历和散布供给了惊人的新头绪

火星上没有生命以及无法找到太阳系外行星这两件事，一度让那些现已开端把自己视为地理生物学家的学者心灰意懒。但是，这个范畴不只触及太空中的生命，也触及对地球上的生命的研讨。正是人们向内的审察——调查地球自身——让希望的火花从头点燃。地理生物学之所以能重整旗鼓，很大程度上并非源于地理观测，而是由于在20 世纪 80 时代前期，人们发现生命在地球上能够存在于比以往所想严格得多的环境中。不管是深海仍是地表以下的深处，都有一些微生物生计于极点的温度和大得要命的压力中，这个发现让人恍然大悟：假如生命能够在地球上这样严格的条件下存活，那为什么在其他行星、咱们太阳系的其他天体或悠远恒星的其他行星和卫星上——或许在它们里边——就不能有生命呢？

但是，仅仅知道生命能够忍耐极点环境条件，还不足以让咱们信任生命就必定在那里。生命不但有必要能在火星、金星、木卫二或土卫六之类天体的严格环境中生计，它还有必要能在这些当地来历，或是传播到那里。咱们有必要证明生命不只能在极点环境下生计，也能在极点环境下构成，不然就连最简略的生命能在国际中广布都成了奢求。不过在这个问题上，相同也有革新性的新发现为咱们带来了达观的希望。遗传学家近来发现，地球上最为原始的生命方法——也便是那些在咱们看来很或许与地球上构成的最早生命更为近缘的生命——恰恰便是那些在极点环境中发现的忍耐性很强的生命类型。对一些生物学家来说，这意味着地球生命是在高温、高压和缺氧条件下来历的——这正是在太空其他当地可见的那类环境。这些发现让咱们有决计希望生命或许真的在国际中广泛散布，哪怕是在其他行星系的严格环境中。

电影《火星救援》（2015）剧照。

咱们地球上的生命化石记载也是相关信息的首要来历。咱们从化石记载中取得的最能阐明问题的发现之一，是生命差不多在地球的环境条件刚让它们得以生计的时分就构成了。地球外表最陈旧的岩石中的化学痕迹供给了强有力的依据，标明生命在大约 40 亿年前即已呈现。因而，生命在地球上诞生的时刻简直抵达了最早的理论极限。除非这件事彻底出于时机，不然它就意味着原始生命自身的构成——也便是从无生命物质组成——非常简略。或许只需任何行星的温度降到氨基酸和蛋白质能构成并互相经过安稳的化学键相连的时分，生命就来历了。在这样一个层次上的生命或许一点都不稀有。

悠远的太空也为生命在国际中的来历和散布供给了惊人的新头绪。 1995 年，地理学家发现了盘绕离太阳很远的恒星的榜首批系外行星。自那之后，咱们现已发现了一大批新行星，每年都有更多的行星显显露身影。

电影《星际迷航》（2009）剧照。

曾有一段时刻，有些学者乃至认为咱们现已取得了地外生命的首个记载。在南极洲天寒地冻的冰原上发现的许多小块陨石，好像都源自火星，其间至少有一块或许带着着地外来历的细菌状生物的化石遗址。1996 年的这个发现就像一颗炸弹。美国总统在白宫宣告了这个发现，整个事情激发了人们潮水一般的尽力和决计，想要在地球以外发现生命。不过，相关的依据——至少是那块陨石——争议真实太大。

一切这些发现都引向同一个定论：地球或许不是银河系中——乃至或许不是太阳系中仅有有生命的当地。但是，假如在太阳系的行星或卫星上，或是在盘绕着国际中其他恒星的悠远行星上的确存在着其他生命，那么它是什么样的生命呢？以杂乱后生动物为例，这样的生物由许多细胞和互相合作的器官体系构成，又能表现出某种行为，咱们一般就简称之为“动物”，它们呈现的概率会是多大呢？对这个问题，相同有一批最新发现可认为咱们供给新的见地，而或许最为睿智的洞见又一次来自地球的化石记载。

为地球化石记载中已认识到的演化开展事情更为准确地测定其时刻的新方法，加上新发现的曩昔不知道的化石类型，都标明地球上动物的呈现在时刻上较咱们之前所想的更晚，也更为忽然。这些发现显现，至少就地球上所见的状况而言，生命并不是以线性的方法逐步开展出杂乱性，而是以跃进的方法突破了一系列门槛，然后完结这种前进。细菌绝不是以安稳的脚步渐变成动物的。相反，这个进程断断续续，常试常错。尽管生命有或许在它刚能够构成的时分就差不多立刻构成了，但动物的构成却要晚得多，延迟了很长时刻。这些发现意味着，比起生命自身的构成，杂乱生命演化出来的难度要大得多，需求常长的时刻才干完结。

电影《星际迷航》（2009）剧照。

人们总是一挥而就地认为，生命演化终究的决议性进程便是演化出咱们称为动物的生物；一旦抵达了这个演化等级，动物就会经由一段长而接连的进程开展出智能。但是，地理生物学革新现已取得了另一个深入见地，便是开展到动物阶段是一回事，但坚持住这个水平却彻底是另一回事。地质记载的新依据显现，杂乱生命一旦构成，就要遭受无休无止的一连串行星灾祸，它们形成了人们所知的大灭绝事情。这些稀有但具有消灭性的事情能够让演化的秒表回到原点，杂乱生命全毁，只要较简略的生命方法苟活下来。这些发现再一次标明，适合杂乱生命演化和存在的条件要比答应生命构成的条件严苛得多。这样一来，尽管生命有或许在一些行星上诞生，终究也能演化出动物——但它们很快就会被全球性的灾变所炸毁。

要查验稀有地球假说——生命简直无处不在、但杂乱生命简直无处存在的悖论——或许终究需求咱们前往悠远的恒星。但咱们现在连离地球稍远一点的航行都完结不了，哪怕是最近的恒星，与咱们之间都有过于辽远的间隔，这或许会阻止咱们去调查太阳系以外的行星系。或许这算是个失望派的观念；或许咱们终究能找到以非常快的速度游览的方法（因而能够抵达非常远的当地），比方经过虫洞或其他某些现在尚不知晓的星际游览方法，然后能够探究银河系，乃至或许探究其他星系。

让咱们无妨假定人类现已能够完结某种星际游览，开端搜索其他国际上的生命。什么样的星球不只要生命休息，还有着相似地球上的动物的杂乱生命呢？咱们应该寻觅哪些类型的行星或卫星呢？或许最好的搜索方法，是只寻觅那些相似地球的行星，终究地球具有这样丰厚的生命。不过，咱们是否有必要找到地球的一个准确的复制品才干发现动物？咱们的太阳系和地球终究有些什么样的条件，让杂乱生命不只能够诞生，并且能如此昌盛兴旺？

稀有的行星？

假如咱们能脱节有关地球和太阳系的片面成见的捆绑，试着从真实的“国际”视角去调查它们，那么咱们也能开端用新的眼光来审察地球及其前史。几十亿年来，地球一向绕着一颗具有相对安稳的能量输出的恒星旋转。尽管生命仍有或许在环境最为严格的行星和卫星上存在，但动物——比方地球上的这些——需求的并不只仅非常温文的环境，并且还要求这些环境能够在很长时刻内存在并坚持安稳。

《奥秘博士：火星之水》(2009)剧照。

正如咱们所知，动物需求氧气。但地球花了大约 20 亿年时刻才让发生的氧气堆集到满足让一切动物存活的水平。假如在这个绵长的开展阶段中（哪怕是在此之后），太阳的能量输出发生了过于剧烈的改变，那么动物在地球上就简直不会有演化出来的时机。在那些绕着能量输出不行安稳的恒星旋转的行星上，动物的呈现几率要迷茫得多。很难梦想动物会呈现在绕着变星旋转的行星上；乃至在那些绕着双星或三合星体系中的恒星旋转的行星上也很难有这种时机，由于会有较大几率呈现那种让行星突然变热或变冷、然后消灭前期生命的能量动摇。并且，就算杂乱生命能在这样的行星体系中演化出来，它恐怕也很难存活太长时刻。

咱们的地球还有恰当的巨细、化学成分和日地间隔，让生命能够蒸蒸日上。有动物休息的行星与它所盘绕的恒星之间有必要有适宜的间隔，由于这个特征决议了行星是否能够让水坚持液态，这显着是咱们所知的动物得以生计的条件。大多数行星离它们的恒星要么太近，要么太远，都无法让液态水在其外表存在；尽管许多这样的行星上有或许生活着简略生命，但相似地球上的动物这样的杂乱生命在缺少液态水的状况下却无法长时刻存在。

另一个显着与地球上高级生命的呈现和坚持有关的要素，是咱们有相对较低的小行星或彗星碰击率。咱们现已说到，小行星和彗星与行星的相撞能够导致大灭绝。是什么操控了这个碰击率？是行星构成之后行星系中剩下的物质数量在影响着它：工作在与行星相穿插的轨道上的彗星和小行星越多，碰击率就越高，由碰击导致的大灭绝几率也就越大。但是，这或许并不是仅有的要素。行星系中行星的类型或许也会影响碰击率，因而在动物的演化和坚持中扮演了未被人们留意的重要人物。对地球来说，有依据标明木星这颗巨行星是“彗星和小行星捕捉者”，是铲除太阳系中的国际废物的重力阱，而这些国际废物本来有或许与地球相撞。木星因而降低了大灭绝事情的发生率，然后或许是高级生命得以在地球上构成并长时刻坚持的首要原因。木星这样巨细的行星的存在又有多遍及呢？

在太阳系中，地球是（冥王星之外）仅有具有一颗与行星比较并不算太小的卫星的行星，也是仅有具有可导致大陆漂移的板块结构的行星。咱们会试图证明，这两个特性或许都是动物诞生和继续存在所需的要害条件。

一颗行星在它地点的星系中居于什么区域，乃至也起着重要作用。在星系中心满是恒星的区域，超新星迸发和恒星互相挨近的概率都或许高到了让动物开展亟需的长时刻而安稳的环境无法存续的程度。星系的外侧区域中所含的重元素份额或许过低，而岩石行星的构建需求这些重元素，行星内部也需求重元素衰变放射的热量来加热。就连彗星的碰击率，也或许遭到咱们地点的星系以及太阳系在星系中的方位影响。太阳及其行星一向在银河系中工作，但其运动总的来说首要在银河系平面内进行，咱们简直不会穿越旋臂。更有甚者，星系的质量也或许影响到杂乱生命的演化几率，由于星系巨细与其金属含量有关。因而，一些星系在生命的来历和演化方面或许便是比其他星系更有优势。咱们的太阳——以及太阳系——的金属含量高得不同寻常。或许银河系底子就非比寻常。

终究，行星的前史与其环境条件相同，或许也部分决议了哪些行星会让生命开展到动物阶段。有多少行星，本来有或许开展出丰厚的动物生命，具有难能可贵的前史，却由于偶尔事情丧失了这种潜力？小行星碰击行星外表能够导致生物大灭绝的灾祸性结果。邻近的恒星或许迸发为灾祸性的超新星。随机的大陆板块集聚也或许形成冰期，经过偶尔的大灭绝事情除灭动物。或许很大程度上只能靠命运。

自从波兰地理学家尼古拉·哥白尼把地球从国际中心挪开，放置在盘绕太阳作业的轨道上之后，地球就遭受了一轮又一轮的降低。咱们不再居于国际中心，而仅仅休息在一颗小小的行星上；它所盘绕的恒星也又小又普通，坐落银河系中一个不起眼的区域——这是现在已由所谓“平凡原理”（Principle of Mediocrity）建立的观念；按此观念，地球绝不是仅有存在生命的行星，而是许多这样的行星中的一个。人们对其他才智文明的数目有种种估量，从 0 到 10 万亿个不等。

但是，假如稀有地球假说是正确的，那么它会反转这种去中心的趋势。假如具有高级动物的地球实际上在银河系的这个区域里——比方说在最近的 1 万光年内——绝无仅有，最为特别呢？假如地球比这还要特别，是银河系中乃至整个可见国际中仅有有动物的行星，宛如一座动物堡垒，孤立在只感染着微生物的苍茫沧海间呢？假如真是这种状况的话，当智人由于掉以轻心的办理把动植物逼上灭绝的地步时，国际会由于每个物种的灭绝而再次遭受多大的丢失呢？

欢迎您登上这条孤舟。

作者丨[美]彼得·D.沃德、唐纳德·布朗利

摘编丨安也

修改丨罗东

导语部分校正丨卢茜

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