为何还未发现外星生命？也许只是人类来得太早！| JCAP 论文推荐

一项新的研究认为，宇宙的漫长历史中，地球生命可能是所有生命中出现较早的，宇宙在未来孕育出生命的可能性远大于现在。而在许多小质量红矮星上，除非有一些灾难性事件（比如高强度辐射）发生而阻止生命萌发，未来某一时刻，文明极可能会产生。

（图片来源：参考文献[4]）

主要来源 康奈尔大学（Cornell University）

编译 笑辰

审校 赵维杰 谭坤

为什么人类生于此时？

我们知道宇宙已经存在了约140亿年，并且有可能在未来的某一天走向终结——可能会是因为“大冻结”（BigFreeze）“大撕裂”（Big Rip）或是“大挤压”（Big Crunch）。如果我们从时间的角度来思考人类在宇宙中的位置，我们能够得到什么？为什么地球上的生命存在于此时此刻，而非遥远的过去或将来？

一组包括牛津大学天文学家在内的研究人员已经开始尝试回答这些问题。他们的研究结果认为，在宇宙中中场生命盛会中，地球人来的可能是最早的。

该研究发表于2016年8月18日的《宇宙论与天体物理学学报》（Journal of Cosmology and Astroparticle Physics，论文信息见文末），论文第一作者是哈佛大学的 Avi Loeb 教授。他认为，宇宙在未来孕育出生命的可能性远大于现在。一方面是因为生命的必需元素（如碳和氧）在宇宙大爆炸数千万年后才形成，而另一方面是由于最适合孕育生命的小质量恒星能够发光发热数万亿年，为生命演化提供了充足的时间。

论文的共同作者、牛津大学物理系的 Rafael Alves Batista 博士表示，“我们研究的主要结果是，生命出现在未来的可能性远大于现在。但这并不意味着我们现在就是孤独的。要注意的是，这里的数量是相对的：假设现在存在一个文明，而未来存在一千个文明；相对的，如果当今存在一千个文明，未来就有一百万个文明。”

 “考虑到这点，问题就变成了，我们人类为何生存在现在而非未来。人类的最终命运与恒星寿命有关，而恒星的寿命又取决于它们的质量。越大的恒星寿命越短。”

为了计算宜居行星存在的可能性，研究组提出了一个主方程，其中考虑了恒星周围宜居行星数量、宇宙中某一时间的恒星数量（包括它们的寿命与产生率），以及新生恒星的典型质量。

Batista 博士补充说，“我们还考虑了一些额外的信息，例如生命在行星上演化所需的时间，但在这一点上我们能利用的就只有地球生命演化的信息。由于大质量恒星较短的寿命可能不足以孕育生命，这就将能够孕育生命的恒星的质量限定在了一个较小的范围里。”

 “而在小质量的红矮星上，除非有一些灾难性事件（比如高强度辐射）发生，阻止生命萌发，那么在未来某一时间，文明就可能会产生。而我们实在是来得太早，其他的文明还没有出现。

论文的另一位共同作者、牛津大学物理系的 David Sloan 博士表示，“据我们所知，这是类似研究中首个考虑宇宙长期未来的。以往类似的研究全都集中在过去，讨论我们为什么出现得这么晚。”

 “接下来我们将对这一问题进行进一步的研究。我们已经发现了大量的系外行星，所以解决人类是否孤独的的问题就变得愈发紧迫。”

生命又可能出现在哪里？

液态水是生命诞生过程中必不可少的元素。多数天文学家认为，在恒星周围一定距离的范围内，行星有条件维持接受的恒星辐射与行星向外的辐射之间的平衡，使地表水能够维持液态形式。该区域便是恒星周围适合生命存在的“宜居带”（habitable zone）。这也意味着，宜居行星应该拥有大气与固态表面。太阳系的宜居带大致介于金星与火星之间，我们的地球恰好位于其中。

太阳系宜居带现状示意图。数十亿年的演化之后，外围行星将升温并进入宜居带，不同形式的生命也可能在此萌发。（图片来源：[1]）

宜居带的位置也不是固定的，随着恒星年龄的增长，宜居带范围会不断向外移动。2016年5月16日的《天体物理学报》（Astrophysical Journal，信息见参考文献[3]）发表了康奈尔大学两位天文学家的研究。他们模拟计算了不同年龄恒星周围的宜居带位置，以及行星可以处于宜居带中的时间。

他们的研究指出，行星及其卫星在宜居带中可以停留长达90亿年，具体时间则取决于原恒星的质量。比如地球已经进入太阳的宜居带中约45亿年并经历了生命的多次更迭。但数十亿年后，太阳将会吞没水星与金星，将地球与火星烧成不毛之地。同时，木星、土星、海王星以及它们的卫星将会升温，建立起新的宜居带。届时，新的生命也有可能在那里萌发。

截止到今年5月，人们已发现了将近5000颗疑似行星，其中超过3200颗已被证实，其中由开普勒空间望远镜发现的就有2325颗。这些行星中，位于宜居带的类地岩质行星有多少呢？

仅仅20多颗。

主要文章来源

其它参考文献

1 Harvard-Smithsonian Center forAstrophysics (2011) Habitable zones. Available at: (Accessed: 24. Aug.2016);

2 (2016)Hunting for hidden life on worlds orbiting old, red stars. Available at: (Accessed: 24. Aug.2016);

3 Ramirez, R. M. &Kaltenegger, L. (2016) "Habitable Zones of Post-Main Sequence Stars", The Astrophysical Journal, 823(1), pp. 6;

4 NASA (2016) NASA's Kepler Mission Announces Largest Collection of PlanetsEver Discovered. Available at: (Accessed:24. Aug. 2016).

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论文基本信息

【题目】Relativelikelihood for life as a function of cosmic time

【作者】AbrahamLoeb et al.

【刊期】Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2016)

【日期】18. Aug. 2016

【DOI】10.1088/1475-7516/2016/08/040

【摘要】Is life most likely to emergeat the present cosmic time near a star like the Sun? We address this questionby calculating the relative formation probability per unit time of habitableEarth-like planets within a fixed comoving volume of the Universe, dP(t)/dt,starting from the first stars and continuing to the distant cosmic future. Weconservatively restrict our attention to the context of "life as we knowit" and the standard cosmological model, LCDM. We find that unlesshabitability around low mass stars is suppressed, life is most likely to existnear 0.1 solar-mass stars ten trillion years from now. Spectroscopic searchesfor biosignatures in the atmospheres of transiting Earth-mass planets aroundlow mass stars will determine whether present-day life is indeed premature ortypical from a cosmic perspective.

【原文链接】

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