地球的确是一颗得天独厚的行星，占尽了各种有利于生命活动的优越条件。地球不仅有液态水，它的自转速度、自转轴的倾角，还有大气的成分等等，全都对生命十分有利。地球上的生命从简单的细胞进化到我们人类这样复杂的生物，多亏了这许许多多的奇迹有幸集中降临到“地球”之上。那么，出现这种地球奇迹的机会有多大呢？让我们来听听日本研究行星科学的专家、北海道大学大学院理学研究院的仓本圭博士对这个问题的讲解。
Newton：银河系有数千亿颗恒星。现在已经确认有生命存在的天体只有我们所在的这一个地球。如此说来，在恒星周围的行星上面像地球这样存在着生命，乃至存在着有智慧的生物的机会仅有数千亿分之一。是这样吗？
仓本：还不能急着下这样的结论。银河系有数千亿颗恒星，由于观测能力的限制，对于这些恒星周围的行星，我们能够调查的，仅仅局限于离我们非常近的极少数恒星。因此，上面的问题十分有趣，但是回答起来也很困难。
Newton：那么，存在着像地球这样的行星，出现这种奇迹的机会总是可以知道的吧？
仓本：也不能。科学家还无法对全部银河系进行调查，只能根据已有的观测结果利用概率论作一些推测。美国天文学家弗兰克·德雷克在1961年提出了一个回答这个疑问的计算公式。他还是积极推进旨在搜寻来自地外文明的无线电信号的“奥兹玛计划”的主要科学家。严格说来，他提出的公式是用来计算“银河系中有可能进行通讯的地外文明的数目”。他提出的这个公式现在叫做“德雷克方程”。
有可能进行通讯的地外文明在银河系中有10个吗？
Newton：请介绍一下德雷克方程的内容。
仓本：德雷克方程的意思是，先假定诞生出有可能进行行星际通讯的地外文明的若干必要条件，然后根据这个方程来求出满足这些条件的概率。具体说来，是要求出满足这些条件的行星的数目N，即计算N＝R*×fp×ne×fl×fi×fc×L。
Newton：请解释一下公式中各个符号的意义。
仓本：这里按顺序来解释。R*代表银河系里一年中形成的恒星的数目。德雷克估计每年平均会诞生出10颗新的恒星。
fp是恒星中具有行星的比例，取值0.5。接下来，ne是代表恒星若具有行星，这些行星中正好位于宜居带内的数目。德雷克取这个数目为2。
fl是位于宜居带内的行星中有生命诞生的比例，取值为1。这等于假定凡是位于宜居带内的行星必然会有生命诞生。fi是出现了生命，又进化出了智能生物的比例。德雷克设它为0.01。
再接下来，fc是智能生物中能够进行行星际通讯的比例，德雷克也设它为0.01。最后，L是能够进行行星际通讯的文明的平均存续时间。德雷克假定为1万年。
Newton：把这些数值相乘就能得到银河系中有可能进行通讯的地外文明的数目？
仓本：是这样。进行简单计算，10×0.5×2×1×0.01×0.01×10000＝10。这就是说，银河系中现在存在着能够进行行星际通讯的文明的行星数目是10个。
德雷克方程
Newton：银河系有多达数千亿颗恒星，而像地球这样存在着文明的行星才有10个左右，即仅占数千亿分之一。这是一个很小的概率，说明地球是一颗非常珍稀的行星。
仓本：不过，德雷克搞出的这个数字是否可信，人们是有怀疑的。尤其是公式后一半那些量采用的数值，纯属想当然。
这当然不是德雷克有意马虎，实在是诸如“文明存续时间”一类数值太难估计了。所以，同样是使用德雷克方程，计算的人不同，主观认识不同，结果就会相差很大。有的人得到的结果是除了地球之外根本不可能再有存在着文明的行星，有的人得到的结果则是像地球这样的行星非常多，要以亿计。
Newton：原来是这样，确实是一个难以搞清楚的问题。关于生命进化出智能生物的比例，关于文明存续的时间，这些只能参考地球这惟一的实例，凭借的根据实在是太少了。
仓本：的确如此。不过，德雷克提出这个公式是在半个世纪以前，同当时的情况相比，现在我们对于行星和恒星的了解已经有了很大的进步。公式的后一半那些量或许仍然难以准确，但是前一半的那些量，现在已经可以进行相当准确的估计了。利用这个公式来进行粗略推测，总是可以的吧。
Newton：根据现在已有的知识重新认识德雷克方程，太好了。请详细讲讲。
仓本：这需要改变一下德雷克的做法，先来计算在银河系中满足生命存在的行星的数目，不忙于考虑这些行星上面是否已经发展出了文明。用Nhabitable表示有可能存在生命的行星的数目，进行如下计算：Nhabitable＝NG×fp×fage×fsingle×fmetal×fdisk×fh.z。
Newton：也请解释一下各个符号的意义。
仓本：第一个量NG代表银河系里全部恒星的数目，这里取1000亿〜4000亿颗。fp是具有行星的恒星所占的比例。形成行星，需要构成行星的材料，必须要有比氦更重的“重元素”。重元素在银河系里的分布不是均匀的，在不同区域所占的比例不同。重元素比例高的区域不是银河中心的核球部分，而是圆盘部分。因此，fp的值应该大致就是位于银河系圆盘部分的恒星所占的比例，这里取0.5。
fage是长寿命的恒星所占的比例。银河系中的恒星，大部分的质量都比太阳小，寿命也都比较长，因此将这个值取作1。接下来的 fsingle是单星（单独存在的恒星）所占的比例。我们知道，聚星（多个恒星聚集在一起）周围的行星很难保持稳定的轨道。观测太阳系近处的那些恒星，根据观测结果推算的单星比例不很一致，这里取0.5。
Newton：的确，比起德雷克的时代，现在已经有了比较可靠的根据来估计公式中的这些数值。请继续讲。
仓本：fmetal是具有岩石型行星的恒星所占的比例。形成岩石型行星，需要有更多的重元素。据推测，形成岩石型行星所要求的重元素的比例至少要像太阳系这样达到1/2以上。根据对太阳周边超过1万颗恒星的观测结果，取这种恒星所占的比例为0.5。
fdisk是在后来诞生出行星的那些“原始行星系圆盘”中质量满足形成岩石型行星要求的圆盘所占的比例。圆盘质量太大，构成行星的材料太多，将会形成3个或3个以上的巨型气体行星，结果，行星系统中行星的公转轨道会变得不稳定。根据观测结果，推定质量不太大的圆盘所占的比例为0.5左右。
最后是fh.z，它代表在具有合适质量的那些原始行星系圆盘中在宜居带内形成岩石型行星的圆盘所占的比例。只要圆盘的质量合适，几乎总会在宜居带内形成岩石型行星，因此，取这个比例值为1。
Newton：现在就可以对所有这些数值进行乘法计算。
仓本：是这样，计算的结果是，在银河系的全体恒星中，有6.25％具有满足生命存在条件的行星。这就是说，在银河系的1000亿〜4000亿颗恒星中，有62.5亿〜250亿颗恒星都具有能够诞生出生命的行星。
Newton：如果不考虑是否进化出了有智慧的生物，满足生命诞生条件的行星其实也算不少呢。
（本文发表于《科学世界》2011年1期）
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