幻影星系M74的新图像展示了空间望远镜在多个波长下协同工作时的强大成像效果。
左图为美国航空航天局（NASA）/欧洲航天局（ESA）哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope）对M74星系的成像，观测范围从朝向中心的较老、较红的恒星，到其旋臂中较年轻且较蓝的恒星，再到电离氢区（H II region）红色气泡中最活跃的恒星形成。
右图为NASA/ESA/加拿大航天局（CSA）詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope）拍摄的图像，这张截然不同的图片突出了星系旋臂内的大量气体和尘埃，以及位于其核心的密集星团。
中间的组合图像则将这两者融合在一起，为这个“宏伟设计”的螺旋星系提供了真正独特的视角。
哈勃和韦布在不同的电磁波谱下运行，科学家将来自两者的数据结合起来，对所研究的天体进行更为全面的解读。通过这种方式，来自哈勃和韦布的数据相互补充，提供了M74星系壮观且全面的视图。
图片来源：ESA/Webb, NASA & CSA, J. Lee and the PHANGS-JWST Team; ESA/Hubble & NASA, R. Chandar Acknowledgement: J. Schmidt
到目前为止，银河系中应该存在多少个智慧文明？今年9月2日去世、享年92岁的美国天体物理学家弗兰克·德雷克（Frank Drake），曾在1961年提出过一个方程来对此进行推算，德雷克公式（Drake equation）这个著名的方程以他的名字而命名，可以追溯到他自称为“天真到不知紧张为何物”的一个职业生涯阶段。
德雷克公式让德雷克与詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）和埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）齐名，这两位杰出物理学家同样也拥有以自己名字命名的方程式。但不同的是，德雷克的方程没有包含自然法则，相反，它将一些人类还没研究清楚的概率和比例组合成了一个知情估算。
无论将多合理的数值输入方程式中（见下图），都很难避免我们不应该是银河系中孤独的存在这一结论。德雷克一直是寻找外星生命的倡导者和支持者，但他的方程式真的道出了什么吗？
扩展的德雷克公式
德雷克公式可能看起来很复杂，但它的原理其实真的很简单。它指出，在像我们这样古老的星系中，通过广播这些星系的存在而可探测到的文明数量，必须等于它们出现的速度乘以它们的平均寿命。
估算文明发生的速度似乎只能停留在猜测，但德雷克意识到，它可以分解成更容易处理的参数。
他表示，文明发生的总速率等于合适恒星形成的速率乘以那些拥有行星的恒星比例。然后再乘以每个系统能够承载生命的行星数量，乘以生命开始萌生的行星比例，乘以生命变得智慧的行星比例，乘以广播它们存在的行星比例。
难以确定的参数值
弗兰克·德雷克
图片来源：wikipedia, CC BY-SA
当德雷克第一次提出他这个公式时，唯一有信心确认的参数就是恒星形成的速度：大约每年30颗。
至于下一个参数，在1960年代时，我们还没有证据表明其他的恒星都是有行星的，这个数值保守估计约为十分之一。然而，从1990年代科学家开始了系外行星（exoplanet）观测，在本世纪又得到了蓬勃的发展，如今这些观测使我们确信大多数恒星都有行星。
常识告诉我们，大多数由多个行星组成的系统，都将包括一个距离其恒星适当距离的行星，以支持生命的诞生，地球就是我们太阳系中的那颗星球。此外，火星在过去可能是一片生命欣欣向荣的景象，甚至现在有些生命可能仍然存在。
如今我们还意识到，行星不需要足够温暖来让水在行星表面维持液态，即使是在被冰覆盖的天体的内部海洋中，生命也可以出现，而支持这里液态水存在的热量，则来自放射性能量或潮汐能。
举例来说，木星和土星的卫星中就有几个潜在的候选者，而当我们将卫星也作为能够承载生命的选项时，每个行星系统的可居住天体平均数量很容易就会超过1个。
然而，等式右边参数的值仍然更容易受到质疑，有些人会认为，只要有几百万年的时间，生命就会在任何合适的地方萌芽。
这将意味着，生命真正出现的合适天体比例几乎等于1。另一波人则认为，我们还没找到证据表明生命起源于地球以外的任何地方，生命的诞生实际上可能是极其罕见的事件。
而生命一旦开始了，最终就会进化出智慧吗？它可能必须通过微生物阶段并首先成为多细胞生命。
有证据表明，多细胞生命在地球上萌生的次数不止一次，因此成为多细胞生命可能并不是什么障碍。然而其他人也指出，在地球上持续进化的“正确类型”多细胞生命只出现过一次，在银河系规模上可能是很罕见的。
智慧的诞生可能会让某一物种比其他物种更具竞争优势，这意味着它的进化更有可能持续发生，但我们对此也尚不确定。
智慧生命是否会将技术发展到它（无意或有意）在太空中传播其存在的阶段？也许对于像我们这样的星球表面居民来说，答案是肯定的，但对于没有大气层的冰冻星球内部海洋的居民来说，这可能也是罕见的。
文明能持续多久？
可探测文明的平均寿命L呢？在1950年代，电视传输开始让地球可以从远处被探测到，对于我们自己而言，L的最小值约为 70 年。
但总的来说，L可能会受制于文明的崩溃（我们自己再持续100年的可能性有多大？），或受制于互联网繁荣下无线电广播的近乎消亡，或出于对恶意银河系邻居的恐惧而故意选择“静默”。
你如果能自己研究这些数值，你会发这真的很有趣！你会发现如果L超过 1000 年，N（可探测文明的数量）很可能就会超过100。在2010年的一次采访中，德雷克说他对N的最佳猜测是大约 10000。
我们对于系外行星的了解每年都在增加，在技术的发展下我们正在进入一个前所未有的时代，通过测量系外行星的大气成分，天文学家或许能在不久的将来揭示生命存在的证据。在接下来的十年或二十年里，我们可以期待对生命存在的类地行星比例进行更可靠的估计。
我们可能还是无法得知星球内部海洋中是否存在生命，但我们可以期待从对木星、土星和天王星的寒冷卫星的观测任务中获得更多信息。当然，我们或许也可以检测到来自外星智慧的实际信号。
不管怎样，弗兰克·德雷克的方程式已经激发了如此多的研究领域，它将继续带给我们发人深省的观测角度。为此，我们应该心存感激。
原文作者：
大卫·罗瑟里（David Rothery）
英国开放大学（The Open University）行星地学教授
参考来源：
https://theconversation.com/frank-drake-has-passed-away-but-his-equation-for-alien-intelligence-is-more-important-than-ever-189935
