紅矮星系統(tǒng)可能不會(huì)有高級(jí)文明

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翻譯：賀玉影

校對(duì)：牧夫校對(duì)組

編排：張瑩

后臺(tái)：朱宸宇

https://phys.org/news/2025-10-red-dwarf-advanced-civilizations.html

類地行星繞行紅矮星的想象圖

圖源：Lynette Cook

哥白尼原則（Copernican principle）以尼古拉·哥白尼命名，指出地球與人類在宇宙中并不占據(jù)特殊或優(yōu)越的位置。從宇宙學(xué)的角度而言，這差不多就是說(shuō)，地球就代表了常態(tài)，生命可能遍布整個(gè)宇宙。盡管我們尋找地外生命的努力——即天體生物學(xué)領(lǐng)域——迄今尚未取得成果，但我們能搜尋的視野很小。因此，科學(xué)家們只能基于已知唯一能維持生命的行星——地球——來(lái)進(jìn)行推測(cè)。

得益于系外行星發(fā)現(xiàn)的激增，科學(xué)家已在紅矮星的宜居帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)了多顆類地行星。數(shù)十年來(lái)，科學(xué)界持續(xù)爭(zhēng)論這些系統(tǒng)是否是尋找地外生命證據(jù)的最佳選擇。最近，大衛(wèi)·基平教授在研究中指出了兩個(gè)關(guān)鍵性事實(shí)，它們可能意味著人類是宇宙中的特例。基于宇宙年齡及太陽(yáng)系的相對(duì)罕見性，他認(rèn)為行星生物學(xué)家研究紅矮星行星可能是找錯(cuò)了方向。

基平教授是美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的天文學(xué)副教授，曾獲哈佛大學(xué)薩根與門澤爾聯(lián)合獎(jiǎng)學(xué)金*，現(xiàn)任哥倫比亞大學(xué)Cool Worlds實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人。該團(tuán)隊(duì)致力于探索系外行星系統(tǒng)，重點(diǎn)研究潛在宜居（或稱“酷”）行星，并開發(fā)識(shí)別潛在技術(shù)活動(dòng)跡象（又叫技術(shù)特征，technosignatures）的新型方法與技術(shù)。

*NASA資助的項(xiàng)目，旨在支持事業(yè)起步階段的杰出的博士后科學(xué)家開展系外行星科學(xué)領(lǐng)域的獨(dú)立研究。

正如基平指出的，地球“平淡無(wú)奇”、是代表全宇宙行星的典型個(gè)例這種觀念在人們心中早已根深蒂固。這種觀念可追溯至康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基（1857-1935）的宇宙學(xué)思想，以及卡爾·薩根等天體物理學(xué)家的影響。齊奧爾科夫斯基關(guān)于太空飛行與地外文明可能性的著作，對(duì)20世紀(jì)的科學(xué)家和工程師產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。但基平經(jīng)電郵告訴《今日宇宙》，其根源還要深遠(yuǎn)：

這一觀念歷史悠久，起源于哥白尼革命*。神學(xué)歷來(lái)將人類（地球順帶）置于核心地位，而現(xiàn)代科學(xué)卻逐步剝奪了我們的特權(quán)地位——例如發(fā)現(xiàn)了地球繞太陽(yáng)運(yùn)行、太陽(yáng)只是銀河系數(shù)十億恒星之一、銀河系本身也只是數(shù)十億星系之一。所以人們傾向于認(rèn)為自身的一切都很典型，這似乎已成為過去四個(gè)世紀(jì)天文學(xué)重復(fù)的主旋律。

*康德在其1781年的著作《純粹理性批判》中提出，指的是人們從地心說(shuō)轉(zhuǎn)變到日心說(shuō)這一天文學(xué)領(lǐng)域的變革。這場(chǎng)革命分為兩個(gè)階段：第一階段極為數(shù)學(xué)化，始于1543年尼古拉·哥白尼發(fā)表《天體運(yùn)行論》，第二階段則始于1610年伽利略的傳單出版。對(duì)這一“革命”的貢獻(xiàn)一直持續(xù)到艾薩克·牛頓于1687年出版《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》為止。

通過將地球從宇宙中心的位置移開，哥白尼引發(fā)了天文學(xué)領(lǐng)域的革命，徹底改變了人類心中自身處于宇宙當(dāng)中的位置。卡爾·薩根在其開創(chuàng)性的論文《對(duì)外星智慧的唯我論視角（The Solipsist Approach to Extraterrestrial Intelligence）》中強(qiáng)調(diào)了這一成就。該文是對(duì)哈特與蒂普勒“外星智慧不存在”假說(shuō)的回應(yīng)。他寫道：“科學(xué)進(jìn)步的獨(dú)特貢獻(xiàn)與偉大勝利之一，在于使我們的世界觀擺脫了地域局限。”文中援引多場(chǎng)科學(xué)革命，表明人類與地球在宇宙中既非獨(dú)特也非特殊。

針對(duì)外星生命缺乏證據(jù)的問題，薩根曾作出著名回應(yīng)：“但是，不存在證據(jù)并不是不存在的證據(jù)。”這種思維方式影響了過去六十年來(lái)天體生物學(xué)研究以及搜尋地外文明計(jì)劃（SETI）的各項(xiàng)努力。然而，正如基平在其最新研究中指出的，有兩個(gè)突出的問題對(duì)這種觀點(diǎn)構(gòu)成挑戰(zhàn)。他解釋道：

“我的論文探討了兩個(gè)確實(shí)很離奇的謎題。約80%的恒星屬于紅矮星，這類恒星的宜居帶中似乎經(jīng)常存有類地行星，但我們卻并未生活在這樣的恒星周圍——我在先前論文中將此現(xiàn)象稱為“紅天悖論（Red Sky Paradox）”。其次，宇宙的恒星形成期將持續(xù)至距今1萬(wàn)億年，但我們卻生活在該時(shí)段最初的0.1%——現(xiàn)在宇宙僅有138億歲。

對(duì)于那些對(duì)外星智慧存在且人類終將與其建立聯(lián)系感到樂觀的人而言，存在許多有利的論據(jù)。首先，銀河系擁有1000億至2000億顆恒星（有些人估計(jì)的數(shù)目還要更多），這意味著生命誕生的可能性無(wú)窮無(wú)盡。其次，宇宙本身已有138億年歷史，而太陽(yáng)系約46億年前才形成，在宇宙中堪稱新生兒。基于這兩項(xiàng)無(wú)可辯駁的事實(shí)，銀河系存在高級(jí)生命的統(tǒng)計(jì)概率極高。”

然而，基平指出這兩個(gè)論點(diǎn)存在缺陷，現(xiàn)代天文學(xué)揭示了關(guān)于天體更詳細(xì)的信息，這些發(fā)現(xiàn)正推動(dòng)著觀點(diǎn)向反方向轉(zhuǎn)變。

“對(duì)，太陽(yáng)只是數(shù)十億恒星中的一員，但幾樣特性使它在樣本中不同尋常，”他說(shuō)，“例如，黃矮星僅占恒星總數(shù)的百分之幾，而且太陽(yáng)——在一個(gè)平靜的單星系統(tǒng)、擁有兩顆木星大小的行星（僅約10%的類太陽(yáng)系統(tǒng)擁有木星級(jí)行星）——本身也挺蹊蹺的。”

許多科學(xué)家認(rèn)為，木星及其他巨行星在太陽(yáng)系外層的存在是生命存在的必要條件。得益于它們的引力作用，許多本應(yīng)進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系的天體常被捕獲甚至撞擊這些巨行星——1994年撞擊木星的休梅克-利維9號(hào)彗便是明證（這是人類首次直接觀測(cè)到太陽(yáng)系天體間的碰撞事件）。此外還需考量宇宙演化的時(shí)間線，太陽(yáng)系可謂是這場(chǎng)“派對(duì)”的“遲到者”。

雖然幾乎可以肯定，生命的存在條件和構(gòu)成基礎(chǔ)在生命在地球上出現(xiàn)之前（約40億年前）就已經(jīng)有了，宇宙中所有恒星耗盡燃料走向死亡仍需數(shù)萬(wàn)億年。像太陽(yáng)這樣的恒星會(huì)死得早一點(diǎn)，紅矮星則預(yù)計(jì)會(huì)在主序星階段持續(xù)存在長(zhǎng)達(dá)十萬(wàn)億年。考慮到如此漫長(zhǎng)的時(shí)空尺度，基平所說(shuō)的“恒星豐饒期”中，人類或許只是這場(chǎng)盛宴的早到者——哈佛大學(xué)教授阿維·洛布此前就曾探討過這種可能性。

而且啊，紅矮星的宜居帶內(nèi)環(huán)行的類地行星能否孕育生命這個(gè)問題都還在討論當(dāng)中呢。盡管有一些研究表明，潮汐鎖定的類地行星朝向恒星的一側(cè)能獲得足夠熱量，維持液態(tài)水并創(chuàng)造適宜生命生存的環(huán)境，但另一些研究又指出，紅矮星的特性不利于生命存在。這包括它們的不穩(wěn)定性（相對(duì)于太陽(yáng)這樣的恒星）、形成巨大太陽(yáng)黑子的傾向，以及容易發(fā)生耀斑活動(dòng)的特征。

這包括釋放出足以剝離行星大氣層的電磁能量的“超級(jí)耀斑”，盡管觀測(cè)表明，這類事件主要局限于兩極區(qū)域。為評(píng)估紅矮星是否值得天體生物學(xué)家重點(diǎn)研究（以及地球可能是個(gè)特例的可能性），基平針對(duì)他提出的兩個(gè)要點(diǎn)——黃矮星的稀缺性與宇宙的“恒星豐盛期”——進(jìn)行了貝葉斯統(tǒng)計(jì)分析。

正如他所解釋的，他的分析表明人類的存在不能歸因于“運(yùn)氣或偶然”。

“我的論文發(fā)現(xiàn)這種情況發(fā)生的概率為1600:1。在科學(xué)領(lǐng)域，通常認(rèn)為超過10:1的概率是有力證據(jù)，100:1是決定性證據(jù)，而1600:1的概率也太小了，再講運(yùn)氣的人也不太能理直氣壯吧。我提出了兩種可能的解決方案。 一是行星的壽命有限——能夠孕育出像我們這樣的觀察者的時(shí)間是有限的；二是質(zhì)量低于某一閾值的恒星不會(huì)產(chǎn)生觀察者。第二個(gè)方案在解釋數(shù)據(jù)方面表現(xiàn)更好，其支持比約為30:1。當(dāng)恒星質(zhì)量低于0.34個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生觀察者的概率是95%，而上述恒星大約涵蓋了宇宙中恒星的三分之二。”

這對(duì)那些希望觀測(cè)鄰近紅矮星軌道上眾多類地行星的人來(lái)說(shuō)可能是個(gè)壞消息。在距離地球50光年內(nèi)，已有30個(gè)系統(tǒng)被確認(rèn)存在類地系外行星。其中28顆位于紅矮星系統(tǒng)內(nèi)，包括距離我們約4.25光年的半人馬座比鄰星b——這是太陽(yáng)系外最近的類地系外行星。盡管突破攝星（Breakthrough Starshot）計(jì)劃似乎在研發(fā)階段陷入停滯，但仍有其他項(xiàng)目致力于開發(fā)能在人類有生之年抵達(dá)半人馬座比鄰星的光帆飛行器，例如比鄰星群（Swarming Proxima Centauri）項(xiàng)目概念。

盡管如此，這些發(fā)現(xiàn)并未否定圍繞紅矮星運(yùn)行的行星存在生命的可能性，只是以健康的懷疑態(tài)度對(duì)這一前景提出了質(zhì)疑。與此同時(shí)，基平強(qiáng)調(diào)，天體生物學(xué)研究應(yīng)擴(kuò)大關(guān)注范圍，繼續(xù)尋找圍繞類太陽(yáng)恒星運(yùn)行的類地行星。一旦擬建的宜居世界觀測(cè)站（HWO）于2040年代中期升空，相關(guān)探索將獲得巨大助力。

正如基平總結(jié)的：”我們有充分理由對(duì)低質(zhì)量恒星孕育復(fù)雜生命持懷疑態(tài)度，例如其劇烈的耀斑活動(dòng)。但這些仍主要是推測(cè)。我的論文并未包含任何關(guān)于機(jī)制的假設(shè)，純粹基于人類存在與恒星群落演化的分析。因此令人欣慰的是，即便從完全不同的論證路徑出發(fā)，也得出了相同的結(jié)果。我認(rèn)為，這共同對(duì)搜尋地外文明計(jì)劃過度關(guān)注紅矮星提出了嚴(yán)重質(zhì)疑。我當(dāng)然不建議完全放棄觀測(cè)紅矮星，但強(qiáng)烈建議未來(lái)項(xiàng)目?jī)?yōu)先關(guān)注黃矮星（宜居世界觀測(cè)站就準(zhǔn)備這樣做）。”

責(zé)任編輯：郭皓存

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