天文學家：如果地球是平均水平，我們應該在60光年以內找到外星生命

1960年，在準備第一次會議時尋找外星智慧（SETI），傳奇天文學家和SETI先驅弗蘭克·德雷克博士公布了他的概率方程，用于估計我們銀河系中可能的文明數量 - 又名。這德雷克方程.

這個等式中的一個關鍵參數是n_e，我們銀河系中能夠支持生命的行星數量——又名。“宜居。”當時，天文學家還不確定其他恒星有行星系統。但多虧了像這樣的任務開普勒,5,523顆系外行星已經確認，另有9,867人等待確認！

根據這些數據，天文學家對我們銀河系中宜居行星的數量進行了各種估計 - 根據一項估計，至少有1000億顆！

在一個近期研究，Piero Madau教授介紹了一個數學框架，用于計算距離太陽100秒差距（326光年）以內的宜居行星的數量。

假設地球和太陽系是常態的代表，Madau計算出這個空間體積可能包含多達11,000地球大小的類地（又名巖石）系外行星在其恒星的宜居帶（HZs）內運行。

Madau教授是加州大學圣克魯斯分校（UCSC）的天文學和天體物理學教授。他研究的核心是哥白尼原理，以波蘭著名天文學家、日心說模型的發明者尼古拉斯·哥白尼命名。

也被稱為宇宙學原理（或平庸原理），該原理指出人類和地球都沒有特權來觀察宇宙。簡而言之，當我們仰望太陽系和宇宙時，我們看到的是全體代表.

在他的研究中，Madau考慮了時間依賴因素如何在我們宇宙中生命的出現中發揮了至關重要的作用。

這包括我們銀河系的恒星形成歷史，重元素（在第一批恒星內部鍛造）對星際介質（ISM）的富集，行星的形成以及行星之間水和有機分子的分布。

正如Madau向Universe Today解釋的那樣，德雷克方程中沒有明確強調時間和年齡的核心作用：

“德雷克方程相當于對可能影響探測我們周圍有生命的世界以及最終技術先進的外星文明的可能性的因素（概率）的有用教學總結。
但這種可能性和這些因素取決于當地銀河盤的恒星形成和化學富集歷史，以及簡單微生物和最終復雜生命的出現時間表。

地球是我們銀河系的一個相對較新的行星，大約在45億年前與我們的太陽形成（使其不到宇宙年齡的33%）。與此同時，生命花了大約5億年的時間才從大約40億年前存在于地球上的原始條件中出現。

大約5億年后，光合作用以單細胞生物的形式出現，代謝二氧化碳并產生氧氣作為副產品。

這逐漸改變了我們大氣的化學組成，引發了大氧化事件大約24億年前，復雜生命形式的最終崛起。

隨后是一個漫長而復雜的化學和生物進化過程，最終導致了適合復雜生命的條件和所有已知物種的出現。

鑒于這些隨時間變化的步驟的重要性，Madau認為德雷克方程只是故事的一部分。展望它，他創建了一個數學框架來估計什么時候“溫帶類地行星”（TTP）形成于銀河系的角落，微生物生命可能已經出現。

德雷克方程，一個數學公式，用于在宇宙中發現生命或先進文明的概率。（羅切斯特大學）

該框架允許天文學家確定哪些潛在的目標恒星（基于質量，年齡和金屬量）可能是尋找大氣生物特征的最佳候選者。

正如Madau所描述的那樣，他的方法包括將長壽恒星，系外行星和TTP的本地人口視為一系列數學方程，這些方程可以通過數值作為時間函數求解：

“這些方程描述了恒星，金屬，巨行星和巖石行星的變化率，以及太陽鄰里歷史上宜居世界的形成，在太陽鄰里的歷史中，來自天基和地面設施的大量新數據以及當前和下一代恒星和行星調查的目標證明了更詳細的計算是合理的。
這些方程本質上是統計的，即它們不描述單個行星系統的誕生和演化，而是描述太陽100秒差距內TTP的數量（隨著時間的推移）的變化。

最終，Madau的分析表明，在距離太陽100秒差距的范圍內，可能有多達10,000顆巖石行星與恒星的HZ一起運行。

他還發現，我們太陽系附近TTP的形成可能是偶發性的，從大約100億至110億年前恒星形成的爆發開始，隨后是大約50億年前產生太陽系的另一個峰值事件。

從Madau的數學框架中得出的另一個有趣的結論表明，100秒差距內的大多數TTP可能比太陽系更古老，這證實了我們是派對的相對后來者！

同樣有趣的是這項研究可能對尋找外星生命產生的影響。

使用普遍接受的地球上生命出現（無生物發生）的時間表，并對其他行星上生命的普遍性進行保守估計 -f_l德雷克方程的參數 - 馬道的框架還表明了最近的系外行星可能存在多遠：

“因此，如果微生物生命在地球上超過1%的TTP中迅速出現（這是一個很大的假設），那么人們預計最接近，擁有生命的類地行星距離不到20%[65光年]，”他說。
“這可能是在下一代大型地面設施和儀器尋找可居住性標記和生物特征時持謹慎樂觀態度的原因。毋庸置疑，生物特征的檢測將極具挑戰性。而且也有可能生命非常罕見，以至于在KPC或更多范圍內沒有生物特征可供我們檢測。

當然，不能保證太陽系附近的任何TTP都能支持生命。無生物發生的原因和共性是最不為人所知的科學追求之一，主要是因為它的數據太少了。

只有一個例子（地球和陸地生物），科學家們不能自信地說出生命出現需要什么樣的條件組合。Madau還強調（與德雷克方程一樣），他的方法本質上是統計的。盡管如此，他的工作可能會在不久的將來對天體生物學產生重大影響。

以我們的太陽系為指導，以及許多其他有大量數據的參數（即恒星形成，質量，大小，金屬量以及附近在恒星HZ內運行的系外行星的數量），科學家將能夠優先考慮恒星系統，以便使用下一代望遠鏡進行研究。馬道說：