紅矮星系統可能不會有高級文明

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翻譯：賀玉影

校對：牧夫校對組

編排：張瑩

后臺：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特殊或優越的位置。從宇宙學的角度而言，這差不多就是說，地球就代表了常態，生命可能遍布整個宇宙。盡管我們尋找地外生命的努力——即天體生物學領域——迄今尚未取得成果，但我們能搜尋的視野很小。因此，科學家們只能基于已知唯一能維持生命的行星——地球——來進行推測。

得益于系外行星發現的激增，科學家已在紅矮星的宜居帶內發現了多顆類地行星。數十年來，科學界持續爭論這些系統是否是尋找地外生命證據的最佳選擇。最近，大衛·基平教授在研究中指出了兩個關鍵性事實，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系的相對罕見性，他認為行星生物學家研究紅矮星行星可能是找錯了方向。

基平教授是美國哥倫比亞大學的天文學副教授，曾獲哈佛大學薩根與門澤爾聯合獎學金*，現任哥倫比亞大學Cool Worlds實驗室負責人。該團隊致力于探索系外行星系統，重點研究潛在宜居（或稱“酷”）行星，并開發識別潛在技術活動跡象（又叫技術特征，technosignatures）的新型方法與技術。

*NASA資助的項目，旨在支持事業起步階段的杰出的博士后科學家開展系外行星科學領域的獨立研究。

正如基平指出的，地球“平淡無奇”、是代表全宇宙行星的典型個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）的宇宙學思想，以及卡爾·薩根等天體物理學家的影響。齊奧爾科夫斯基關于太空飛行與地外文明可能性的著作，對20世紀的科學家和工程師產生了深遠影響。但基平經電郵告訴《今日宇宙》，其根源還要深遠：

這一觀念歷史悠久，起源于哥白尼革命*。神學歷來將人類（地球順帶）置于核心地位，而現代科學卻逐步剝奪了我們的特權地位——例如發現了地球繞太陽運行、太陽只是銀河系數十億恒星之一、銀河系本身也只是數十億星系之一。所以人們傾向于認為自身的一切都很典型，這似乎已成為過去四個世紀天文學重復的主旋律。

*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轉變到日心說這一天文學領域的變革。這場革命分為兩個階段：第一階段極為數學化，始于1543年尼古拉·哥白尼發表《天體運行論》，第二階段則始于1610年伽利略的傳單出版。對這一“革命”的貢獻一直持續到艾薩克·牛頓于1687年出版《自然哲學的數學原理》為止。

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

針對外星生命缺乏證據的問題，薩根曾作出著名回應：“但是，不存在證據并不是不存在的證據。”這種思維方式影響了過去六十年來天體生物學研究以及搜尋地外文明計劃（SETI）的各項努力。然而，正如基平在其最新研究中指出的，有兩個突出的問題對這種觀點構成挑戰。他解釋道：

“我的論文探討了兩個確實很離奇的謎題。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象稱為“紅天悖論（Red Sky Paradox）”。其次，宇宙的恒星形成期將持續至距今1萬億年，但我們卻生活在該時段最初的0.1%——現在宇宙僅有138億歲。

對于那些對外星智慧存在且人類終將與其建立聯系感到樂觀的人而言，存在許多有利的論據。首先，銀河系擁有1000億至2000億顆恒星（有些人估計的數目還要更多），這意味著生命誕生的可能性無窮無盡。其次，宇宙本身已有138億年歷史，而太陽系約46億年前才形成，在宇宙中堪稱新生兒?；谶@兩項無可辯駁的事實，銀河系存在高級生命的統計概率極高。”

然而，基平指出這兩個論點存在缺陷，現代天文學揭示了關于天體更詳細的信息，這些發現正推動著觀點向反方向轉變。

“對，太陽只是數十億恒星中的一員，但幾樣特性使它在樣本中不同尋常，”他說，“例如，黃矮星僅占恒星總數的百分之幾，而且太陽——在一個平靜的單星系統、擁有兩顆木星大小的行星（僅約10%的類太陽系統擁有木星級行星）——本身也挺蹊蹺的。”

許多科學家認為，木星及其他巨行星在太陽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，許多本應進入內太陽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號彗便是明證（這是人類首次直接觀測到太陽系天體間的碰撞事件）。此外還需考量宇宙演化的時間線，太陽系可謂是這場“派對”的“遲到者”。

雖然幾乎可以肯定，生命的存在條件和構成基礎在生命在地球上出現之前（約40億年前）就已經有了，宇宙中所有恒星耗盡燃料走向死亡仍需數萬億年。像太陽這樣的恒星會死得早一點，紅矮星則預計會在主序星階段持續存在長達十萬億年?？紤]到如此漫長的時空尺度，基平所說的“恒星豐饒期”中，人類或許只是這場盛宴的早到者——哈佛大學教授阿維·洛布此前就曾探討過這種可能性。

而且啊，紅矮星的宜居帶內環行的類地行星能否孕育生命這個問題都還在討論當中呢。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能獲得足夠熱量，維持液態水并創造適宜生命生存的環境，但另一些研究又指出，紅矮星的特性不利于生命存在。這包括它們的不穩定性（相對于太陽這樣的恒星）、形成巨大太陽黑子的傾向，以及容易發生耀斑活動的特征。

這包括釋放出足以剝離行星大氣層的電磁能量的“超級耀斑”，盡管觀測表明，這類事件主要局限于兩極區域。為評估紅矮星是否值得天體生物學家重點研究（以及地球可能是個特例的可能性），基平針對他提出的兩個要點——黃矮星的稀缺性與宇宙的“恒星豐盛期”——進行了貝葉斯統計分析。

正如他所解釋的，他的分析表明人類的存在不能歸因于“運氣或偶然”。

“我的論文發現這種情況發生的概率為1600:1。在科學領域，通常認為超過10:1的概率是有力證據，100:1是決定性證據，而1600:1的概率也太小了，再講運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間是有限的；二是質量低于某一閾值的恒星不會產生觀察者。第二個方案在解釋數據方面表現更好，其支持比約為30:1。當恒星質量低于0.34個太陽質量時，不會產生觀察者的概率是95%，而上述恒星大約涵蓋了宇宙中恒星的三分之二?！?/p>

這對那些希望觀測鄰近紅矮星軌道上眾多類地行星的人來說可能是個壞消息。在距離地球50光年內，已有30個系統被確認存在類地系外行星。其中28顆位于紅矮星系統內，包括距離我們約4.25光年的半人馬座比鄰星b——這是太陽系外最近的類地系外行星。盡管突破攝星（Breakthrough Starshot）計劃似乎在研發階段陷入停滯，但仍有其他項目致力于開發能在人類有生之年抵達半人馬座比鄰星的光帆飛行器，例如比鄰星群（Swarming Proxima Centauri）項目概念。

盡管如此，這些發現并未否定圍繞紅矮星運行的行星存在生命的可能性，只是以健康的懷疑態度對這一前景提出了質疑。與此同時，基平強調，天體生物學研究應擴大關注范圍，繼續尋找圍繞類太陽恒星運行的類地行星。一旦擬建的宜居世界觀測站（HWO）于2040年代中期升空，相關探索將獲得巨大助力。

正如基平總結的：”我們有充分理由對低質量恒星孕育復雜生命持懷疑態度，例如其劇烈的耀斑活動。但這些仍主要是推測。我的論文并未包含任何關于機制的假設，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，也得出了相同的結果。我認為，這共同對搜尋地外文明計劃過度關注紅矮星提出了嚴重質疑。我當然不建議完全放棄觀測紅矮星，但強烈建議未來項目優先關注黃矮星（宜居世界觀測站就準備這樣做）?！?/p>

責任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

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