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板塊構造可能只發生在0.003%的行星上:地球真的很特別

2024-07-04科學

板塊構造、海洋和大陸可能是地球上復雜生命的秘密成分。如果這些地質特征在宇宙的其他地方很罕見,那麽也許這就解釋了為什麽我們還沒有發現有智慧的外星生命。

美國和瑞士地球科學家的最新研究表明,這些成分代表了著名的德雷克方程式中缺失的變量。德雷克方程式是半個多世紀前設計出來的,用來估計在銀河系中發現先進文明的可能性。包括這些新的變量可能會完全覆寫在銀河系中探測到智慧生命的可能性。

這項研究的動力,以及它對整個星系的影響,始於一個在地球上的謎團 —— 為什麽生命需要這麽長時間才能超越簡單的有機體?

德克薩斯大學達拉斯分校的羅拔·史端說:「生命在地球上已經存在了大約40億年,但是像動物這樣復雜的有機體直到大約6億年前才出現,這是在現代板塊構造開始後不久。板塊構造確實啟動了前進演化機器,我們認為,我們知道這是為什麽。」

史端和他的合作者、瑞士聯邦理工學院的塔拉斯·格裏亞提出,板塊構造 —— 在漫長的地質時間尺度上地球上層的磨擦運動 —— 有助於加速向復雜生命的過渡。

在地球歷史的早期,簡單的生物在海洋中形成,但人類 —— 一個能夠跨越外太空交流的先進文明 —— 如果古代生命沒有過渡到陸地,就不可能存在。因此,廣闊、資源豐富的大陸是史端和格裏亞所說的像人類這樣的積極交流文明(ACC)得以發展的重要先決條件。但僅憑這一點還不夠:各大洲需要移動。

地球上的地質記錄表明,板塊構造透過五個不同的過程加速了陸地上的前進演化:它增加了營養物質的供應;加速了大氣和海洋的氧化作用;緩和氣候;造成棲息地形成和破壞的高周轉率;並提供了非災難性的環境壓力,迫使生物體適應。

所有這些環境壓力的最終結果就是:我們。

如果史端和格裏亞是對的,那麽板塊構造是車輪、智能電話和阿波羅計劃等最終創新的必要條件。

對於銀河系中的其他文明來說,要發展出類似的技術奇跡,也許他們的行星也需要板塊構造。但據我們所知,它們很罕見。

地球是太陽系中唯一以板塊構造為特征的行星。其他一些星球上也存在火山活動,比如金星、火星和木衛一,但這些星球只有一個單一的固體外殼,而不是多個移動的板塊。類似地,像土衛二和木衛二這樣的海洋世界也被冰層包裹著,任何假想的生命都無法遷移到陸地上。

我們不確定遙遠的太陽系是否有板塊構造的行星 —— 目前的太空望遠鏡沒有足夠的分辨率來做出這樣的決定。但知道它們可能無法實作更精確的德雷克方程式。

在修正後的方程式中,提出了兩個基本因素:擁有大片大陸和海洋的宜居系外行星的比例,以及那些板塊構造持續超過5億年的系外行星的比例。

這個版本比最初的德雷克方程式要細致得多,後者只是考慮了有智慧生命存在的可居住行星的比例。

史端說:「在最初的公式中,這個因素被認為接近1,或100% —— 也就是說,所有有生命的行星上的前進演化都將向前推進,並在足夠的時間內轉變為智能文明。我們的觀點是:事實並非如此。」

確實。他們的數學計算將這些行星產生ACCs的比例減少到最少0.003%,最多0.2% —— 與最初的100%相去甚遠。

當把德雷克方程式的所有其他因素放在一起:每年形成的恒星數量,有行星的恒星數量,適合居住的行星數量,有生命的宜居行星數量,這些行星上發出可探測訊號的文明數量,以及他們發出訊號的時間 —— 嗯,發現外星智慧生命的機會大大減少了。

原始德雷克方程式的含義是,ACC應該是普遍的,我們應該到處都能看到它們。但是,如果把板塊構造納入方程式,結果就會發生改變,這就清楚地表明,我們完全可以理解為什麽我們沒有在銀河系中看到外星人。

因此,聰明的外星生命可能比任何人想象的都要稀有。地球可能比我們所知道的更特別。這一切都要歸功於我們星球的破碎、不守規矩和移動的上層地殼。

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