系外行星普查表明地球毕竟是特殊的

一项新的统计表明,在可观测宇宙中可能存在大约 700 万亿颗类地系外行星——其中大多数与地球截然不同

400 多年前,文艺复兴时期的科学家尼古拉斯·哥白尼向我们揭示,我们的星球并非太阳系的中心,从而将我们贬低到几乎一文不值。随着随后的每一次科学革命,人类可能珍视的宇宙中其他大多数特权地位都被进一步降级,揭示了一个冷酷的真相:从宇宙学的角度来看,我们这个物种只是一个星球上的一个微不足道的斑点。一项关于系外行星的新计算表明,在整个可观测宇宙中,地球只是大约 700 万亿颗类地行星中的一颗。但是,这些行星的平均年龄(远高于地球的年龄)及其典型位置(在与银河系截然不同的星系中)可能恰恰颠覆了哥白尼原理。

乌普萨拉大学的天文学家埃里克·扎克里森和他的同事根据天文学家迄今为止发现的岩石世界,创建了一份关于整个可观测宇宙中可能存在的所有类地系外行星的宇宙纲要。在一个强大的计算机模拟中,他们首先创建了他们自己的包含早期星系模型的迷你宇宙。然后,他们释放了物理定律(就科学家们所理解的而言),这些定律描述了星系如何成长,恒星如何演化以及行星如何形成。最后,他们快进了 138 亿年的宇宙历史。他们的结果发表在预印本服务器 arXiv(pdf)上,并已提交给《天体物理学杂志》,提供了一系列诱人的可能系外行星统计数据,帮助天文学家了解我们在宇宙中的位置。“我们实际上可以开始做这件事,这真是令人难以置信,”加利福尼亚州卡内基天文台的合著者安德鲁·本森说。他说,直到最近,已知的系外行星太少,以至于无法对宇宙其他部分进行合理的推断。不过,他团队的发现是对宇宙可能蕴藏的初步猜测。“像这样的计算肯定存在很多不确定性。我们对所有这些部分的了解是不完善的,”他补充说。

以系外行星为例。美国宇航局的开普勒太空望远镜可以说是世界上最好的行星猎手之一,但它使用的方法非常具有挑战性,常常被比作跨越数千公里观察一只萤火虫在一个明亮的探照灯周围嗡嗡作响。由于望远镜会寻找恒星光线中因行星在其前方穿过而产生的细微变暗,因此开普勒更容易发现围绕其恒星近距离运行的大质量行星。因此,开普勒发现的行星目录严重偏向这些类型,而较小、较远的行星则被低估了,这使得我们对行星系统的了解不完整。天文学家确实使用其他技术来搜索在更远距离轨道上运行的较小行星,但这些方法仍然相对较新,尚未发现像开普勒那样多的世界。此外,“我们所了解的关于系外行星的一切都来自我们星系中非常小的一块区域,”扎克里森说,在这个区域内,大多数恒星在它们包含的重元素数量和其他特征方面都非常相似。为了猜测行星如何在重元素较少的恒星(如在小型星系或早期宇宙中发现的恒星)周围形成,该团队不得不进行推断。


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科学家们也对他们模型的星系和宇宙学输入有类似的担忧,但他们仍然怀疑他们的最终数字在数量级内是准确的。考虑到估计误差,研究人员得出结论,地球是对哥白尼原理的轻微违反。我们的淡蓝色星球可能毕竟是特殊的。“我们有可能在像银河系这样的星系中出现,这并不是什么太大的偶然,但它仍然足以让你三思而行,”博伊西州立大学的杰伊·奥尔森说,他没有参与这项研究。他和扎克里森都认为,哥白尼原理可以通过对研究结果的一些未知但书来挽救。“每当你发现一些突出的东西……”扎克里森说,“……这意味着要么我们是一个非常不可能的彩票抽奖的结果,要么我们不了解彩票是如何运作的。”

但麻省理工学院的马克斯·泰格马克(Max Tegmark)也没有参与这项研究,他认为地球是对哥白尼原理的巨大违反——不是因为它的位置,而是因为它的年轻。泰格马克问道:“如果存在这些比我们早 35 亿年起步的文明,为什么他们还没有殖民我们的星系?” “对我来说,最有可能的解释是,如果行星比比皆是,那么高度智慧的生命就很少进化。”那么我们应该感到微不足道吗?我们应该被贬低到几乎一文不值吗?他完全不这样认为。“可能是有一天,在遥远的未来,我们的宇宙将因我们在这里所做的事情而充满生命。”

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