本文参加百家号科学#了不起的天文航天#系列征文
图解:人们现在还在通过SETI（凤凰计划）等项目来寻找外星人的信号.图片来源：SethShostak/SETI研究所
人类是孤独的吗？我们尝试着用天文学上最著名的德雷克方程来回答这个问题。我们寻求的不仅是是否存在外星生命，而是更高层次的答案：人类是否有能力与地球之外的生命进行交流。这个结果仅靠判断星球上是否有微生物或漂浮在云层中有感知的生命体是无法确认的。我们需要可以跟我们对话的外星人来回答这个问题。
图解:法兰克·德雷克是一位美国天文学家与天体物理学家，以创立搜寻地外文明计划与发明德雷克方程式及阿雷西博信息而闻名于世。
需要明确的是，宇宙中存在的生命可能是德雷克方程所无法估量的。但是就目前我们能接收到外星信号的可能性而言，德雷克方程会是我们探寻答案的最优解。方程从存在生命所必需的广义条件的视野切入，然后进一步深入研究，方程的每一个组成部分都可能缩小或者扩大生命存在的可能性（而且越细究将会越难确定）。
从望远镜可观测到的开始
方程中第一个因素是星系中恒星形成的平均速率。这个数据听起来并不适用于寻找生命，但这正是德雷克方程的妙处。我们都知道如果要有物种，那必须得有行星，而行星是依附于恒星存在的。所以我们必须从恒星的诞生开始讨论。很长一段时间里，这是我们唯一一个有确切数据的参数。我们可以通过观察星系里年轻恒星和老年恒星的分布比例来估测很多星系的恒星形成速率，包括我们银河系和其他星系。
图解:德雷克公式又称萨根公式或格林班克公式，是由天文学家法兰克·德雷克于年代提出的一条用来推测“可能与我们接触的银河系内外星球高智文明的数量”之公式。
同时我们还需要了解初始质量函数，这是一个研究恒星诞生地中会生成多少数量大中小不同质量恒星的参数。根据科学研究表明，最终得出了一个数据，即每个恒星诞生地每年会诞生一对或者1.5~3颗新恒星。表面上看，这个速度听起来可能不算什么，但是请记住，宇宙已经滚滚走过了数十亿年了。因此恒星的数量积累起来是很快的。
图解:这张图中的蓝色恒星是所谓的蓝掉队星，它们是出现在赫罗图上的左上角。
第二个参数是恒星拥有行星的比例。之前很长一段时间里，这是一个谜。天文学家虽然可以推测结果，但是过去几十年，我们并没有确凿的证据可以佐证这个结果。这里就要感谢开普勒太空望远镜和大角度行星搜寻计划（WASP）和所有其他系外行星探测的帮助了，观测结果给我们提供了很多行星和恒星系统的数据用以参考。因而我们对这个参数的最高程度的猜测是大致是1，意即银河系中每一颗恒星大致都有一颗行星。当然，一些恒星可能像我们的太阳一样有许多颗行星，也有一些恒星没有，不过这里我们讨论的是平均数。
寻找生命
下一个问题是如果恒星拥有行星，这当中有多少星球能够维持生命存在？这是研究方程时一开始遇到障碍的地方。这样的行星我们目前只知道地球一颗。当然我们可以去论证火星过去是否有存在生命的可能性。如果将地表能保存液态水的行星定义为可居住地，那像拥有地下海洋的木卫二这样的行星算吗？围绕矮星的潮汐锁定行星算吗？这个参数是一个很大的变量。我们目前认为这个数字在3~5之间，不过有可能会更高或者更低，这取决于如何定义可居住性。
图解:木卫二背向行进方向的半球。右下角的白色区域为普维斯撞击坑，深色区域是木卫二水冰表面矿物含量较高的区域。图像颜色近似真色，于年9月7日由伽利略号拍摄。
之后的这个参数让我们开始陷入真正的未知。即这些具有维持生命存在条件的小部分行星中，有多少可以真正发展出生物？重复强调一次，这样的行星我们目前为止只知道地球。因此这个参数也是个未知数。是%吗？或者如果我们把土卫六、木卫二、火星和金星都算在内的话，是不是可以说在太阳系中，这个数字只有20%？
图解：在这张卡西尼号拍摄的土卫六照片中，中部偏右的那个亮区被称为上都（Xanadu，世外桃源15°S°W），人们对那儿到底是什么仍然一无所知
而在这之后，我们想知道是这些有生命存在的行星中，有多少拥有智慧生命。运气比较好的是：我们目前知道的有生命的行星中，%有智慧生命。从另一方面来说，在地球的历史中存在数百万个物种，而这当中只有一种拥有感知能力。所以可能这个可能性并没有那么大。也许很多行星都能拥有长颈鹿，但当中却没有一颗存在人类。
外星人可以和我们对话吗？
图解：实际上有多少行星可以孕育生命呢？图片来源：NASA/Ames/JPL-Caltech
下一步是使德雷克方程和笼统的关于宇宙中生命存在的理想实验分离开。这个参数探究的是有多少数量的智慧文明已经发展出能让他们（有意或者无意的）向外太空发出信号的技术。几十年来，我们一直在向太空发送无线电波，而且在不断的增强。（虽然没有收到过回复）当然也有可能是另外的智慧文明保持了沉默，但我们对能与我们沟通的文明很感兴趣，这意味着他们必须给出一些信号。
图解：年1月2日：天文学家估计银河系可能包含多达4,亿颗系外行星，这几乎是每一颗恒星都有一颗行星。
最后的参数考虑的是这些文明存在了多久。如果这颗星球仅仅十年后就会被小行星摧毁，或者在核战争中自毁，那么寻找它的难度将会比在数百年前、数千年前，甚至数万年前就发出无线信号的行星还大。毕竟在上世纪的冷战期间，许多人都认为我们的文明可能没法延续过核时代，那么其他大多数文明也是这样吗？要知道我们从发展无线电技术到核武器之前的窗口期是相当短暂的。
图解：艺术家显示在银河系内的恒星有行星环绕着是多么普通的现象。
不过从另一方面来说，你也可以提出论证，一旦人类逃向外太空，并开始移居到另外的行星的话，摧毁一个完整的文明将会变得更难。一颗小行星或一场瘟疫是摧毁不了的。所以有可能这些文明将会永远传承下去。
如果将以上这些数字整合起来，我们最终将得出了一个保守的预测，这个结果是小于1的；也就是说，我们在宇宙中是孤独的。当然更乐观猜测得出的数字可能会产生数千万种的可能性。德雷克最初的猜测这个结果最低有20，最高会有,,。这些年来，我们在这些参数的研究上取得了进展，但与此同时我们依然还有很长的一条路要走。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3.discovermagazine-簪花小甜豆-KoreyHaynes
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