地球外的生活和在哪里找到他们

我们肯定会在这个千年之内。

从前,有一颗孤独的岩石在一颗普通恒星周围的空间中漂流。 有人决定用一种自我复制的分子为它播种,然后休假一会儿,然后回到这个毫无趣味的平淡无奇的地方。 他们虽然没有回来,但我想知道如何应对超过850万种不同类型的自我维持的实体,每个实体都有其独特之处。

曾几何时,我的意思是大约46亿年前。 我很想相信这个故事是真实的,并且“他们”总有一天会回来,但事实可能有所不同。

如果有人问我:“您最想知道的两件事是什么?”,毫无疑问,我的回答将是宇宙的广阔和地球生命的多样性。 无数的夜晚凝视着天空,无数的日子观察着大自然,还没有定论。

我们是什么? 这一切从哪里开始?

根据我们目前的理解,我们的宇宙大约有138亿年的历史。 它是一个非常古老的生态系统,充满了历史性时刻,但最重要的是,在其整个存在过程中,发生了一件引人注目的事件,使迄今为止的科学家,生命的起源惊叹不已。

仿佛宇宙创造了生命来定义自己。

今天,我想问一个不可避免的问题,

“我们真的一个人吗?”

在本文末尾,我不仅要提问,而且要给出明确的答案。

为了解决这个问题,我们必须首先了解生活是如何形成的,以及如何使它如我们今天所了解的那样蓬勃发展。 如果我们知道“什么”部分,那么我们将知道在哪里寻找它。

实际上,我们在搜索中领先一步。 我们有一个地球,一个充满生物的整个星球,向我们展示了生命蓬勃发展所需的条件。 关于我们星球的一个令人印象深刻的事实是,生活无处不在。 海洋最深处,甚至连太阳光也无法穿透,沸腾的天然间歇泉和活火山周围的区域,极地地区结冰:生命无处不在。

这个想法很简单,“如果发生一次,那么很有可能再次发生。 毕竟,宇宙喜欢周期性。”

现在让我们进行星际寻宝活动,寻找有一天我们可以打电话回家的地方。 我们最终可能会以微生物的形式找到生活,但是找到聪明的生活是一件很重要的事情。 让我们限制我们寻找一个可以在这里生存的地方。 这样的地方很可能会拥有我们肯定知道的那种以碳为基础的生命形式的生活。 我们还将搜索范围限制在银河系。

经过一会儿的思考,下面列出了一些我想出的前提条件过滤器,以缩小搜索范围。

✔过滤器1:一颗恒星和一颗岩石行星

一颗燃烧的星星(图片来源:男高音)

太阳是地球上大多数生命(直接或间接)的主要能源。 一些生命形式可以独立于恒星的存在而维持,但是在更大,更复杂的范围内,我们绝对需要恒星的能量。 直到最近,科学家还不确定我们的太阳系是“一个”还是其中的一个。 随着最近结束的开普勒任务,这些疑虑被消除了。 现在,我们可以自信地说,几乎所有其他恒星周围都有行星系统,这意味着我们银河系中的行星比恒星还要多。 让我们仅将搜索限制在围绕类太阳恒星运行的行星上,因为我们肯定知道这样的恒星可以提供适合存在的条件。

这是一个简单的直觉。 如果在其他地方存在一颗恒星,其大小和年龄与太阳差不多,那么它周围是否也具有类似的行星系统? 这样的系统也将拥有一个类似于地球的行星,并且在那里生活会以与此处相同的方式发展的可能性是多少?

这种潜在的太阳能双胞胎的基本特征如下:

  • 它应该是G型主序列恒星,即与太阳大小相似且将氢融合到氦中的恒星(基本上像太阳一样),并将持续这样做约100亿年,直到其耗尽燃料,然后扩展为红色巨人,最后最终使其外层脱落,变成了白矮星。
  • 它的表面温度应该是大约5700 K,年龄应该是大约46亿年,为智能生活(如我们所知)提供足够的时间来发展。
  • 它的金属性应该类似于太阳。 这是对恒星中比氢或氦重的各种元素的量度。 使它成为有趣的特性的原因是它可以间接指示恒星系统是否可能以及什么样的系外行星。 金属性较高的恒星可能有气体巨人和岩石行星围绕它们旋转。 我们可以估计,金属性类似于太阳的恒星周围可以有类似的行星。

从观测到的恒星的当前数据中滤除,我们有许多接近太阳双胞胎的良好候选者。 我们将尽快与他们联系,但现在让我们看看考虑的其他条件。

✔过滤器2:液态水

液态水滴(图片来源:Reddit)

一天晴朗,两个氢原子键合到一个氧原子上,于是就产生了长生不老药。 水对于我们的生存至关重要。 没有它,一个普通的人将持续不超过一周。

距恒星温度最适合液态水存在的距离通常被称为Goldilocks区。 理想地,表面温度必须在-15至约70摄氏度之间。 我们的重点是在其母恒星这一区域中发现的行星。 根据开普勒数据,天文学家估计,在Goldilocks区内,有多达110亿颗地球大小的行星绕其母恒星运行!

✔过滤器3:大气成分

当带电粒子与我们的大气相互作用时,就会形成北极光。

我们需要氧气进行新陈代谢,并需要一个臭氧层来保护生命免受太阳有害射线的伤害。 压力和组成必须是正确的,以帮助我们生存和发展。 我们还需要温室效应,否则地球将变得凉爽得多。 尽管在更恶劣的条件下可能存在多种生活形式,但让我们限制自己进行搜索。

如果您想知道我们如何理解距离数光年的系外行星的大气,我们有一个简单而有效的方法。 通过观察一颗同样穿过系外行星大气层的恒星的光谱,我们可以查明其中存在的元素。 通常,原子和分子吸收某些波长的光(这是特定于元素的,因此更像该元素的指纹)。 在我们的光谱观测中,将不存在这些波长的光,这表明它们存在于系外行星大气中。

✔滤波器4:磁场

保护我们免受太阳风影响的地球磁场(图片来源:NASA)

磁场的存在与许多事物都有很强的相关性。 例如,考虑一下我们潜在的第二故乡火星。 它的大气层比地球薄得多(约100倍)。 尽管它位于Goldilocks区内,但表面几乎没有液态水。 毫不奇怪,也没有生活的痕迹。 另一方面,地球正在蓬勃发展。 这里一个明显的区别是火星上没有强磁场。

根据我们目前的理解,行星的磁场不仅可以在某种程度上帮助其保持大气,还可以通过使它们偏转而保护我们免受太阳风和其他高能带电粒子的侵害。

✔过滤器5:距银河中心的距离

如果您认为进入一颗星星的Goldilocks区域就足够了,那是错误的。 星系也必须存在于所谓的“银河可居住区”中。 这些是生命中最有可能维持生命的星系区域。 理想情况下,它离银河系中心舒适的距离,而不是靠近任何可能造成灭绝威胁的超新星或其他剧烈的恒星事件。 地球处于一个相对和平的宇宙邻里的地方。

根据Lineweaver等人(2004年)的预测,这是银河系的银河宜居区域。

✔过滤器6:其他其他因素

还有其他一些因素可以对生活的演变产生影响。 地球是已知唯一拥有生命的行星,但事实并非如此。 地球也是唯一具有板块构造的地球(有一些观测表明,木星的月亮在欧罗巴上有类似的活动)。 它们有助于维持行星的温度稳定。 这暗示着板块构造对于生命的生存可能是必不可少的,但科学家认为这可能不是绝对必要的。

另一个考虑因素是系统中存在所谓的“好木星”。 诸如木星之类的气体巨人的轨道远离其母恒星,实际上可能在使大型小行星从碰撞过程向内层岩石行星偏转的过程中发挥了作用。 这可以帮助防止大规模灭绝,从而为智能生活的发展提供足够的时间。

虽然地球上生命的起源似乎是一系列精心策划的事件的结果,这些事件太好了而不能仅仅是巧合,但令我认为并非唯一的是这个宇宙的巨大深度。 满足以上所有条件的恒星系统和行星极有可能进化出了外星生命。 考虑到像110亿个类地行星这样的庞大行星,似乎有些行星必须拥有智慧的生命似乎是合理的,但是有些奇怪的地方是不对的。

对于我们来说,有太多的可能性不孤单。 距几百万年的其他地方只有很小的开端,应该已经孕育了一种技术先进的文明,它本来可以探索我们的银河系。 然而,无论我们在太空中什么地方,几乎都没有任何生物或技术特征,只有深沉的寂静和一片漆黑。 否则,几乎所有其他索赔都将被视为虚假警报。 这本质上是费米悖论。 大家都在哪里?

从统计学上讲,在继续进行之前,让我们先估算一下普通人的生活水平。 可以使用著名的Drake方程找出:

资料来源:维基百科

对于这些参数,我们没有任何准确的值,但是有两个相反的估计告诉我们,要么我们一个人,要么我们的银河系中有超过15600万个文明。 它无处不在或无处不在。 没有中间人。

现在比以往任何时候都更接近真理,现在是时候使用我们拥有的数据(在撰写本文时)探索宇宙。

回到关于类似太阳的恒星的讨论,到目前为止,我们已经确定了16个接近双胞胎的候选星,其中有5个已确认系外行星绕其运行。 但是不要寄予厚望。 宇宙总会袖手旁观,打破我们的期望。

其中一颗恒星,HD 164595的一颗行星(称为HD 164595b),其质量至少每40天绕地球旋转一圈。 它被假定为类似海王星,可能无法维持生命,但有趣的是,在2015年5月,天文学家检测到了一个来自该方向的特殊无线电信号。 一些人对它可能是外来起源感到兴奋,但由于缺乏任何进一步的证据,观察结果驳回了这种主张。

另一颗名为HD 98649的恒星被发现有一颗行星围绕其离奇的偏心轨道运行。 这可能是一个不太可能的生活之家,但在约2700光年远处有更好的希望。 YBP 1194位于此处,是迄今为止发现的最好的太阳能双胞胎之一。 但是,这颗恒星是较大恒星群的一部分,与太阳不同,但有一颗系外行星绕其运行,这表明它们甚至在恒星群之间也很常见。 据估计,这颗特殊的行星比地球大100倍,并且绕行星的轨道出奇地接近。 即使在恒星的“金发姑娘”区中存在其他尚未发现的行星,这也对该系统的可居住性提出了疑问。

另一个太阳能双胞胎HIP 11915的行星系统更加令人兴奋。 我们已经确认了一个木星大小的气体巨星正在绕这颗恒星运行,更有趣的是,它与木星到太阳的距离几乎相同。 这暗示着系统中存在内部岩石行星,其中一个可能类似于地球。 科学家们预测这很可能是太阳系2.0。 需要进行更多观察以确认相同的结果。

保留最后的最佳,我们拥有距我们约1402光年的Kepler-452星。 它的系外行星运行确认为384.843天,非常接近我们非常熟悉的数字。 该行星也恰好在其恒星的Goldilocks区内,其表面温度估计与地球的温度相似!

就在您认为难题的各个部分都可以顺利安装时,我们对它的母星也有疑问。 它比太阳要古老得多(将近15亿年),因此该系统更像我们系统的未来版本。 无论哪种方式,如果生命确实像地球上那样在这里进化,那么他们的文明将比我们领先数百万年,那里的条件也将如此。 我们对此没有明确的证据,但这是一个很好的选择。 SETI研究所(搜寻外星情报)的科学家已经开始扫描此区域以寻找潜在的外星信号。 找到某些东西可能只是时间问题。

图片来源:NASA

开普勒任务在发现开普勒452b方面做得令人吃惊,现在,TESS任务目前正在运行,其唯一目的是识别更多系外行星。 我们甚至几乎没有探索过冰山一角。 随着计划中的新任务的来临,未来几年将收到越来越多的数据,而我们的搜索正步入正轨。 即使缩小了几个因素并施加了多个严格的限制,我们仍然有许多地方可以探索和寻找生活。

所有这些观测都是在银河系中进行的,并且在最近的50年中,我们取得了一些有希望的发现。 据估计,我们的宇宙中有超过2000亿个星系。 即使我们认为每个螺旋星系中只有一个星球存在生命,但外星文明的数量也应该是巨大的。

与其寻找理想的生活场所,不如寻找一个来自深空的信号。 从理论上讲,任何智能生活都极有可能像我们一样将传输发送到太空。 检测描述有意或编码传输的无线电信号是智能生活的有保证证据。 我们很长时间以来一直在监听此类信号。

过去,有多个程序,例如Ozma项目,Sentinel项目,META,BETA和Phoenix项目,所有这些程序的主要目的都是检测地外信号。 您可能已经猜到了,到目前为止,它们都没有成功。

这不是随机搜索,并且有一些提示要寻找。 其中之一是水坑无线电频率,科学家通常在这里寻找通信的迹象。 这个特殊的频率对应于氢离子和氢的光谱线,氢和氢是宇宙中最丰富的两种化合物。 这使其成为“安静的通道”,即没有任何噪音(被它们吸收),使其非常适合进行地外通信。

科学家们还一直在寻找各种理论上已被证明的外星巨型结构,例如戴森球体,虫群或环,太空镜,超望远镜,什卡多夫推进器等。这些是一些疯狂的科幻结构,但从理论上讲它们是合理的并且可以建造通过先进的文明。 (Kardashev量表上的第2类,用于对文明的技术进步进行评级的常用量度)

到目前为止,我们发现了什么信号?

哇! 信号表示为“ 6EQUJ5”。 带有俄曼手写的感叹号的原始打印输出由俄亥俄州历史连接保留

在大多数情况下,太空都是令人安静的寂静,即使在检测到某些东西的那一刻,也可能是虚假的警报。 即便如此,我们还是发现了一些真正的神秘人物,如哇! 一些科学家现在认为的信号只是来自一颗彗星。

2003年发现的SHGb02 + 14a无线电源似乎更不自然。 它在水坑区域内,并且以相似的频率漂移被观察了几次。 使得它如此奇特的是,它所来自的方向在该地区没有星星! 迄今为止,尚无关于其起源的明确解释。

目前有几个程序正在运行,我们将继续发现更多有趣的信号。 还制定了一个协议,称为“后检测策略”,为潜在发现后的操作制定了通用指南。

认为未知信号是外来起源的一般直觉如下:

  • 它看起来不自然。 应该有一些明显的迹象,例如窄带宽,调制,编码,多个频率等。
  • 它不应是一次性异常(通常表明它只是一些干扰或错误警报)。 我们应该能够从天空的同一位置一次又一次地观察它。
  • 它应该起源于一个特定的点,并且仅从那个点开始。 如果从各个方向接收到这样的信号,尽管我们可能不知道是什么原因造成的,但它很可能是自然起源的。 (例如,快速无线电突发(FRB))

如果您是一名业余天文学家,并且发现满足这些条件的东西,那么您可能会遇到外星人。 突破聆听是一项最近的举措,旨在倾听我们附近的星星。 该计划期间收集的天文数据已向公众公开。 您可以访问它并进行自己的研究!

缺乏证据可能会诱使我们得出较早的结论,但是我们才刚刚开始寻找,我相信我们的宇宙邻里充满了等待被发现的秘密。

知道这一点,下次您抬头仰望夜空。 更有可能的是,某个地方某个地方附近有一个闪烁的点,有人叫它回家,也许,也许有人正盯着我们思考着我们同样的问题:“我们真的都一个人吗?”

我的猜测是,在接下来的1000年左右的时间内,我们将发现我们的宇宙同伴或被我们的宇宙同伴发现。 那一刻将是全人类存在中最重要的时刻。 这是我想留给未来阅读本文的外星人的一条小消息(嗯,我很雄心勃勃):

“嘿! 不知道您是否能理解这一点,但感谢您的所有启发。 早在我们认识您之前,您就激发了几代好奇的头脑和像我这样的探索者的梦想,梦想着天空之外的存在……”

这是我对这个问题的回答。 不,我们并不孤单,我们从来没有,也永远不会。 在最坏的情况下,即使我的想法被证明是错误的,我们仍然会找到它们。

在某个地方,我们将一直成为我们一直在寻找的外星人。

上图显示了艺术家对130亿年宇宙历史中事件流的再现,从逆时针右上角的大爆炸到右下角地球的生命形成。 (图片来源:印第安纳大学布卢明顿分校)