为自己计算银河系中的外星文明数量。

释放双眼,带上耳机,听听看~!

近年来,系外行星发现的爆炸性质(迄今已确认超过4,164个!)引起了人们对这个永恒的问题的新兴趣:“我们独自一人在宇宙中吗?” 或者,正如著名的意大利物理学家恩里科·费米(Enrico Fermi)所说,“ 每个人都在哪里?” 可供选择的行星如此之多,我们的仪器和方法也在不断改进,对地球以外生命的探索真正开始了。

同时,这些发现激发了有关正在进行中的搜寻外星情报(SETI)的大量新研究。其中包括“ 外星文明计算器”,这是物理学家史蒂文·伍德林和多米尼克·切尔尼亚的心血结晶。受到最近尝试解决我们银河系中高级生命的统计可能性的启发,它们提供了可以为您计算数字的数学工具!

但首先,似乎需要快速复习。美国物理学家和SETI研究人员Frank Drake博士创建了第一个用于确定在任何给定时间我们银河系中外星智能(ETI)数量的“计算器”。1961年,在格林银行天文台的一次会议上,德雷克(Drake)准备了一个方程,总结了在我们的银河系中发现ETI的可能性。

此后称为Drake方程,此概率论证在数学上表示为:

N = R * XF P XN E XF L XF I XF C X L
  • N是我们可以交流的文明数量;
  • *是我们银河系中恒星形成的平均速率;
  • p是拥有行星的那些恒星的分数;
  • e 是可以维持生命的行星数量;
  • l是将发展生命的行星的数量;
  • i 是将发展智能生命的行星数量;
  • fc是将发展传输技术的文明数量;
  • L是这些文明将其信号传输到太空的时间长度。

虽然该方程式旨在激发人们对ETI可能性的争论,但由于其基本含义,它也很重要。即使一个人保守地对待所有变量,它们仍然在数十个或数百个中得到N的结果。基本上,即使我们银河系中的生命非常稀少,也应该至少有一些我们可以联系的文明。

多年来,德雷克方程式受到了广泛的批评,并进行了许多尝试来完善它。例如,在最近发表在《天体物理学杂志》上的一篇论文中,诺丁汉大学的天体物理学家汤姆·韦斯特比和克里斯托弗·康塞利丝基于天体生物学哥白尼原理,提出了自己的概率论证。

Parkes射电望远镜是Breakthrough Listen使用的望远镜之一。信贷:CSIRO

简而言之,这一原则(适用于我们宇宙中生命的存在)指出,代替其他证据,人们永远不应假定人类是特殊的或独特的。当应用于人类是否在宇宙中孤独的问题时,Wetsby和Conselice能够产生现代版的Drake方程。在数学上,它可以表示为:

N = N *  * F L  * F HZ  * F M  *(L / T’)
  • N  是我们可以交流的文明数量;
  • * 是星系中恒星的总数;
  • L  是至少50亿年历史的那些恒星的百分比;
  • HZ  是拥有合适的行星来维持生命的恒星的百分比;
  • M  是具有足够金属度,允许高级生物学和高级文明的那些恒星的百分比;
  • L  是先进文明的平均寿命;
  • t’是生命可利用的平均时间。

结合有关这些值的最新天体物理学数据,他们得出了36个文明的平均估计值!该研究论文启发了伍丁和切尔尼亚创建了外星文明计算器(ACC),该工具可以使人们使用Drake方程和天体哥白尼原理但以交互方式进行计算。

两者一起开始研究一种工具,该工具可以执行与Drake方程和天体生物学哥白尼原理相同的功能,但要以交互方式进行。伍丁除了是英国物理研究所(IOP)的成员外,还是“全能计算器计划”(Omni Calculator Project)的定期捐助者。“全能计算器计划”是一个由专业人士组成的小型社区,他们希望使科学变得易于使用。

一项新的研究为费米悖论提供了新的视角-外星文明对我们而言是看不见的,因为它们正在睡觉。版权和版权:Kevin M. Gill

在这里,他遇到了年轻的分子物理学家Czernia,他目前在波兰核物理研究所完成博士学位。正如伍德丁通过电子邮件向《今日世界》解释的那样:

“这是一种互动和有趣的方式,可以使公众参与这个基本问题的科学,即“我们独自在宇宙中吗?”。该计算器使人们可以轻松地查看输入到这种模型中的内容,并查看更改值如何影响结果-比阅读科学论文更具互动性,而绝大多数人不会这样做。

那些想要使用ACC的人必须首先选择他们想要使用的模型,然后填写“ 模型假设”部分中的所有字段。根据科学家认为在统计学上最有可能提供一些默认值,但用户可以自由输入他们想要的任何值。由此,他们将看到他们的模型和价值预测了多少智能文明。

建议使用天体生物学哥白尼原理,因为它是最新的模型(因此也是最新模型),并且可以进行调整以适应弱,中或强场景。换句话说,用户可以调整形成外星生命的条件有多严格。但是,鼓励用户同时使用此函数和Drake公式来查看它如何影响其结果。

德雷克方程式和天体生物学哥白尼原理都试图解决“我们独自一人吗?”这一迫切的问题。图片来源:NASA

哥白尼原理模型的另一个好处是,它使用户可以看到到达最近的外星邻居所需的时间。正如伍德丁所建议的:

“ [用户]应该从探索三种建模方案开始,看看输入和结果如何变化。这种强大的局限性非常严格,并且密切关注地球上生命的发展。虚弱的情况具有更宽松的假设,并导致更多的外来文明。然后,您可以将自己的值放在计算器中,以查看结果如何变化-非常适合扶手椅天体生物学家。”

用户完成此操作后,就可以使用太空旅行计算器(也可以在Omni Calculator上找到)来了解与我们银河系中最接近的外星文明相遇所需的时间。该计算器也是由Czernia创建的,并且类似地依赖于用户输入的变量,例如宇宙飞船的质量,加速度和宇宙(爱因斯坦或牛顿)的物理模型。

为了好玩,让我们假设ACC告诉我们,银河系中可能存在数百个文明,而距离它最近的文明位于约159光年(使用系外行星HD 42936 Ab作为参考)。我们还假设我们有一艘质量与国际空间站相似的船(420公吨,463美国吨),它可以加速1 克(9.8 m / s),直到我们达到光速的99%。

艺术家对不同类型恒星可居住区域范围的印象。图片来源:NASA / Kepler Mission / Dana Berry

根据这些变量,太空旅行计算器告诉我们,到达最近的ETI需要161.4年,尽管乘员组仅需要10年(因为我们使用的是爱因斯坦物理学)。显然,这艘船还将需要大约1166万吨(1285万吨)的燃料来完成航行。所以……是的,该任务不会很快发生!但这是我极力推荐的一项有趣的练习!

公平地说,德雷克方程和天体哥白尼原理都有其局限性。例如,自Drake首次提出他关于前四个变量的著名方程式以来,我们学到了很多东西。这在很大程度上是由于最近发生的系外行星发现,这使天文学家对有多少颗恒星具有行星,以及它们在恒星可居住区域内绕动的频率了解得很好。

同样,天体生物学哥白尼原理也有很多不确定性。在韦斯比和康塞利斯的研究中,他们假设一个类似地球的星球最终将构成生命。此外,普遍认为,由于现代人类才出现在大约20万年前(而地球已经超过45亿年),因此SETI只能看到45亿年或更久的恒星。

最后,预测有多少外星文明将继续存在很多不确定性。随着时间的流逝,以及我们用于进行SETI研究的仪器的改进,天文学家将越来越了解这些变量。由此,我们可以预期,对银河系中ETI可能数量的估计将受到更严格的限制。

艺术家对超地球行星绕太阳系恒星运行的印象。信用:ESO / M。康姆瑟

正如Wooding所指出的,在我们有信心地回答“我们一个人吗?”这个问题之前,需要发生一些重大的发展:

“也许在将来,随着关于银河系中恒星和行星的更多发现,您可以回到计算器,看看它们如何影响可能的外来文明。

“ 我们将更好地检测可居住区域中的类地行星,甚至能够检测其大气中的物质(如果有的话)。这可能会导致SETI搜索更具针对性,这将增加我们的机会。”

“我一直认为在月球的黑暗面建造一台射电望远镜是一个好主意,它可以摆脱地球的无线电噪声,使我们能够提高对任何外星传输的敏感性。”

最后,直到我们找到一些证据,我们才能确定外星生命和文明的可能性。但是美丽的部分是,费米悖论(“每个人都在哪里?”)只需解决一次。同时,对ETI的搜索将继续进行,并将受益于下一代仪器(如James Webb和Nancy Grace Roman太空望远镜)和现成的方法。

同时,概率研究和概率论证将有助于我们缩小搜索参数的范围。如果他们在那里,我们一定会找到他们的(手指交叉)!另外,请务必检查Omni计算器提供的其他有趣工具,其中包括天体物理学,量子物理学和其他科学计算器。

天文爱好

沙尘暴如何在火星上生长的惊人观点

2020-6-25 11:55:33

天文爱好

新发现的外星行星在活跃的恒星周围发现了拉链

2020-6-25 20:44:10

本文来自投稿,不代表snsmi.com立场,如若转载,请注明出处

0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧