红矮星系统可能不会有高级文明

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翻译：贺玉影

校对：牧夫校对组

编排：张莹

后台：朱宸宇

https://phys.org/news/2025-10-red-dwarf-advanced-civilizations.html

类地行星绕行红矮星的想象图

图源：Lynette Cook

哥白尼原则（Copernican principle）以尼古拉·哥白尼命名，指出地球与人类在宇宙中并不占据特殊或优越的位置。从宇宙学的角度而言，这差不多就是说，地球就代表了常态，生命可能遍布整个宇宙。尽管我们寻找地外生命的努力——即天体生物学领域——迄今尚未取得成果，但我们能搜寻的视野很小。因此，科学家们只能基于已知唯一能维持生命的行星——地球——来进行推测。

得益于系外行星发现的激增，科学家已在红矮星的宜居带内发现了多颗类地行星。数十年来，科学界持续争论这些系统是否是寻找地外生命证据的最佳选择。最近，大卫·基平教授在研究中指出了两个关键性事实，它们可能意味着人类是宇宙中的特例。基于宇宙年龄及太阳系的相对罕见性，他认为行星生物学家研究红矮星行星可能是找错了方向。

基平教授是美国哥伦比亚大学的天文学副教授，曾获哈佛大学萨根与门泽尔联合奖学金*，现任哥伦比亚大学Cool Worlds实验室负责人。该团队致力于探索系外行星系统，重点研究潜在宜居（或称“酷”）行星，并开发识别潜在技术活动迹象（又叫技术特征，technosignatures）的新型方法与技术。

*NASA资助的项目，旨在支持事业起步阶段的杰出的博士后科学家开展系外行星科学领域的独立研究。

正如基平指出的，地球“平淡无奇”、是代表全宇宙行星的典型个例这种观念在人们心中早已根深蒂固。这种观念可追溯至康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（1857-1935）的宇宙学思想，以及卡尔·萨根等天体物理学家的影响。齐奥尔科夫斯基关于太空飞行与地外文明可能性的著作，对20世纪的科学家和工程师产生了深远影响。但基平经电邮告诉《今日宇宙》，其根源还要深远：

这一观念历史悠久，起源于哥白尼革命*。神学历来将人类（地球顺带）置于核心地位，而现代科学却逐步剥夺了我们的特权地位——例如发现了地球绕太阳运行、太阳只是银河系数十亿恒星之一、银河系本身也只是数十亿星系之一。所以人们倾向于认为自身的一切都很典型，这似乎已成为过去四个世纪天文学重复的主旋律。

*康德在其1781年的著作《纯粹理性批判》中提出，指的是人们从地心说转变到日心说这一天文学领域的变革。这场革命分为两个阶段：第一阶段极为数学化，始于1543年尼古拉·哥白尼发表《天体运行论》，第二阶段则始于1610年伽利略的传单出版。对这一“革命”的贡献一直持续到艾萨克·牛顿于1687年出版《自然哲学的数学原理》为止。

通过将地球从宇宙中心的位置移开，哥白尼引发了天文学领域的革命，彻底改变了人类心中自身处于宇宙当中的位置。卡尔·萨根在其开创性的论文《对外星智慧的唯我论视角（The Solipsist Approach to Extraterrestrial Intelligence）》中强调了这一成就。该文是对哈特与蒂普勒“外星智慧不存在”假说的回应。他写道：“科学进步的独特贡献与伟大胜利之一，在于使我们的世界观摆脱了地域局限。”文中援引多场科学革命，表明人类与地球在宇宙中既非独特也非特殊。

针对外星生命缺乏证据的问题，萨根曾作出著名回应：“但是，不存在证据并不是不存在的证据。”这种思维方式影响了过去六十年来天体生物学研究以及搜寻地外文明计划（SETI）的各项努力。然而，正如基平在其最新研究中指出的，有两个突出的问题对这种观点构成挑战。他解释道：

“我的论文探讨了两个确实很离奇的谜题。约80%的恒星属于红矮星，这类恒星的宜居带中似乎经常存有类地行星，但我们却并未生活在这样的恒星周围——我在先前论文中将此现象称为“红天悖论（Red Sky Paradox）”。其次，宇宙的恒星形成期将持续至距今1万亿年，但我们却生活在该时段最初的0.1%——现在宇宙仅有138亿岁。

对于那些对外星智慧存在且人类终将与其建立联系感到乐观的人而言，存在许多有利的论据。首先，银河系拥有1000亿至2000亿颗恒星（有些人估计的数目还要更多），这意味着生命诞生的可能性无穷无尽。其次，宇宙本身已有138亿年历史，而太阳系约46亿年前才形成，在宇宙中堪称新生儿。基于这两项无可辩驳的事实，银河系存在高级生命的统计概率极高。”

然而，基平指出这两个论点存在缺陷，现代天文学揭示了关于天体更详细的信息，这些发现正推动着观点向反方向转变。

“对，太阳只是数十亿恒星中的一员，但几样特性使它在样本中不同寻常，”他说，“例如，黄矮星仅占恒星总数的百分之几，而且太阳——在一个平静的单星系统、拥有两颗木星大小的行星（仅约10%的类太阳系统拥有木星级行星）——本身也挺蹊跷的。”

许多科学家认为，木星及其他巨行星在太阳系外层的存在是生命存在的必要条件。得益于它们的引力作用，许多本应进入内太阳系的天体常被捕获甚至撞击这些巨行星——1994年撞击木星的休梅克-利维9号彗便是明证（这是人类首次直接观测到太阳系天体间的碰撞事件）。此外还需考量宇宙演化的时间线，太阳系可谓是这场“派对”的“迟到者”。

虽然几乎可以肯定，生命的存在条件和构成基础在生命在地球上出现之前（约40亿年前）就已经有了，宇宙中所有恒星耗尽燃料走向死亡仍需数万亿年。像太阳这样的恒星会死得早一点，红矮星则预计会在主序星阶段持续存在长达十万亿年。考虑到如此漫长的时空尺度，基平所说的“恒星丰饶期”中，人类或许只是这场盛宴的早到者——哈佛大学教授阿维·洛布此前就曾探讨过这种可能性。

而且啊，红矮星的宜居带内环行的类地行星能否孕育生命这个问题都还在讨论当中呢。尽管有一些研究表明，潮汐锁定的类地行星朝向恒星的一侧能获得足够热量，维持液态水并创造适宜生命生存的环境，但另一些研究又指出，红矮星的特性不利于生命存在。这包括它们的不稳定性（相对于太阳这样的恒星）、形成巨大太阳黑子的倾向，以及容易发生耀斑活动的特征。

这包括释放出足以剥离行星大气层的电磁能量的“超级耀斑”，尽管观测表明，这类事件主要局限于两极区域。为评估红矮星是否值得天体生物学家重点研究（以及地球可能是个特例的可能性），基平针对他提出的两个要点——黄矮星的稀缺性与宇宙的“恒星丰盛期”——进行了贝叶斯统计分析。

正如他所解释的，他的分析表明人类的存在不能归因于“运气或偶然”。

“我的论文发现这种情况发生的概率为1600:1。在科学领域，通常认为超过10:1的概率是有力证据，100:1是决定性证据，而1600:1的概率也太小了，再讲运气的人也不太能理直气壮吧。我提出了两种可能的解决方案。 一是行星的寿命有限——能够孕育出像我们这样的观察者的时间是有限的；二是质量低于某一阈值的恒星不会产生观察者。第二个方案在解释数据方面表现更好，其支持比约为30:1。当恒星质量低于0.34个太阳质量时，不会产生观察者的概率是95%，而上述恒星大约涵盖了宇宙中恒星的三分之二。”

这对那些希望观测邻近红矮星轨道上众多类地行星的人来说可能是个坏消息。在距离地球50光年内，已有30个系统被确认存在类地系外行星。其中28颗位于红矮星系统内，包括距离我们约4.25光年的半人马座比邻星b——这是太阳系外最近的类地系外行星。尽管突破摄星（Breakthrough Starshot）计划似乎在研发阶段陷入停滞，但仍有其他项目致力于开发能在人类有生之年抵达半人马座比邻星的光帆飞行器，例如比邻星群（Swarming Proxima Centauri）项目概念。

尽管如此，这些发现并未否定围绕红矮星运行的行星存在生命的可能性，只是以健康的怀疑态度对这一前景提出了质疑。与此同时，基平强调，天体生物学研究应扩大关注范围，继续寻找围绕类太阳恒星运行的类地行星。一旦拟建的宜居世界观测站（HWO）于2040年代中期升空，相关探索将获得巨大助力。

正如基平总结的：”我们有充分理由对低质量恒星孕育复杂生命持怀疑态度，例如其剧烈的耀斑活动。但这些仍主要是推测。我的论文并未包含任何关于机制的假设，纯粹基于人类存在与恒星群落演化的分析。因此令人欣慰的是，即便从完全不同的论证路径出发，也得出了相同的结果。我认为，这共同对搜寻地外文明计划过度关注红矮星提出了严重质疑。我当然不建议完全放弃观测红矮星，但强烈建议未来项目优先关注黄矮星（宜居世界观测站就准备这样做）。”

责任编辑：郭皓存

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