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地球独一无二:仅有0.003%的行星可能拥有板块构造

2024-07-07科学

地球的板块构造、海洋和大陆可能是孕育复杂生命的秘密要素。如果这些地质特征在宇宙中是罕见的,那也许就能解释我们为何至今还未发现外星智慧生命。美国和瑞士的地球科学家们的最新研究指出,这些要素在著名的德雷克方程中被遗漏了。德雷克方程是半个多世纪前设计出来的,用以估算我们在银河系中发现先进文明的几率。将这些新变量纳入考虑,可能会彻底改变我们在银河系中探测到智慧生命的概率。

这项研究的动机,其影响横跨整个星系,始于一个在地球上的谜题——为何生命花了这么长时间才从简单有机体发展出来?

「生命在地球上已经存在约40亿年了,但像动物这样复杂的有机体直到约6亿年前才出现,这正是现代板块构造运动开始后不久,」德克萨斯大学达拉斯分校的罗伯特·斯特恩说。「板块构造真正启动了进化的进程,我们认为我们明白这是为什么。」

斯特恩和他的合作伙伴,瑞士联邦技术学院的塔拉斯·格尔亚,提出板块构造——地球表面在漫长的地质时间尺度上的缓慢移动——可能加速了向复杂生命的过渡。

在地球的早期历史中,简单的有机体在海洋中形成,但如果古代生命没有过渡到陆地,像人类这样的先进文明,能够跨太空通信,就不可能存在。因此,广阔且资源丰富的大陆对于人类这样的主动交流文明(ACCs)的发展至关重要。但光有大陆还不够:大陆还需要移动。

地球上的地质记录显示,板块构造通过五种独特的过程加速了陆地上的进化:增加了营养物质的供应;加速了大气和海洋的氧化;调节了气候;引起了栖息地形成和破坏的高周转率;并提供了非灾难性的环境压力,迫使有机体适应。

所有这些环境压力的最终结果就是我们人类。

如果斯特恩和格尔亚的理论是正确的,那么板块构造是推动诸如轮子、智能手机和阿波罗计划等创新的必要条件。

对于银河系中的其他文明来说,如果想要发展出类似的技术奇迹,他们的行星也许也需要板块构造。但据我们所知,这样的行星非常罕见。

地球是我们太阳系中唯一展示板块构造的行星。虽然在金星、火星和木卫一等其他星球上存在火山活动,但这些星球的外壳是单一的固体,而不是像地球这样由多个移动的板块组成。同样,像土卫二和木卫二这样的海洋世界被冰层覆盖,使得那里的假想生命无法过渡到陆地。

我们还不能确定遥远的恒星系统是否包含具有板块构造的行星,因为目前的太空望远镜无法提供足够的分辨率来做出这样的判断。但如果这些行星真的不存在,那么我们就能得到一个更准确的德雷克方程版本。

在修正后的方程中提出了两个基本因素:具有大型大陆和海洋的宜居系外行星的比例,以及其中拥有持续超过5亿年的板块构造的比例。

这个版本比原始的德雷克方程更为细致,后者只考虑了在所有有生命的行星上发展智慧生命的宜居行星的比例。

「在最初的设想中,这个因素被认为接近于1,或者说是100%——即所有有生命的行星上的进化都会不断前进,并且随着时间的推移,变成智慧文明,」斯特恩说。「我们的观点是:并非如此。」

实际上,他们的计算将发展出ACCs的行星的百分比降至最低0.003%,最高0.2%——远低于最初的100%。

当这些因素与德雷克方程的所有其他因素结合在一起时:每年新形成的恒星数量、有行星的恒星数量、行星是宜居的、宜居行星上有生命、在这些行星上发送可探测信号的文明数量,以及它们发送信号的时间——那么,发现智慧外星生命的可能性就会大大减少。

原始德雷克方程的含义是,我们应该能在银河系中到处看到ACCs。但将板块构造纳入方程后,结果发生了变化,清楚地表明我们在银河系中看不到外星生命是完全合理的。

因此,智慧外星生命可能比任何人想象的都要稀有。而地球可能比我们所知道的更为特殊。这都归功于我们星球的支离破碎、难以驾驭和不断变化的上地壳。