與小女兒談談這個宇宙 - 尋找外星人I

看完電影《普羅米修斯》後，庭疑惑地問道：”媽媽，到底有沒有外星人？”

我說：” 要說在這個宇宙中不存在外星人，好像顯得我們地球人真是有點太自大太驕傲了。因為光是我們銀河系內大約就有2500億(2.5 x 10¹¹)顆的恆星，更別說在這個宇宙中有多達7 x 10²²顆恆星，怎麼可能只有我們這一顆小小的地球，可以發展出這樣豐富的生命和這樣的文明。”

庭說：”可是宇宙這麼的大，上哪兒找外星生物啊？”

我說：”所以要有方法啊，首先呢，既然我們現在所居住的地球就是一個完美的例子了，它已經證明了可以繁衍出豐富的生命，因此，第一步我們可以先依照地球這顆星球所在環境的特性，去篩選出和我們地球類似的星球，那樣或許可以比較容易找到外星生物。你們的自然課才剛上過而已，我們地球這顆星球的特性有哪些？”

庭說：”呃…溫度適中，不會太熱或太冷。像水星、金星離太陽太近，溫度太高，火星以外的行星又太遠，溫度太低。”

我說：”嗯，我們地球距離太陽的距離剛剛好，而且繞行太陽的軌道幾乎是圓形的。”

庭說：”軌道是圓形也很重要嗎？”

我說：”因為這樣的話，地球才能一年四季從太陽都擷取到幾乎等量的能量啊。如果冬季與夏季溫差太大的話，生命就難以生存下來，就算能適應也不可能維持固定的形態。”

庭說：”對，一定要有太陽一樣的恆星提供源源不絕的能源才會有生命。可是你剛剛說宇宙有天文數字那麼多的恆星，總不可能一個一個找吧！”

我說：”當然不是，我們可以先排除太年輕的恆星。因為壽命夠長的恆星才能提供足夠的時間讓行星繁衍生命。像地球上第一個生命出現的時間是在38億年前，人類祖先露西Lucy是在300萬年前誕生，而我們現代人種則是要等到二十萬年前才出現的。所以如果恆星的壽命太短的話，可能我們都來不及出現，恆星就死寂了。像獅子座α星，據說它在數千萬年後就會燃燒殆盡了，因此根本就來不及誕生生命。而我們的太陽和地球誕生於50億年前，所以生命才能有足夠的時間在地球上誕生、演化及繁衍昌盛。”

庭說：”恆星的年紀…等一下，你教過我恆星演化的赫羅圖，嗯，我找一下，在這裡！第40頁，你看太陽幾乎在中間，屬於G型星。基本上，中等溫度的F或G到低溫的K型恆星，比較可以提供較高的生存條件給環繞它運行的行星。可是這樣的恆星我就不知道多不多了。另外，恆星的亮度越大像B型星，壽命就越短，而如果恆星過暗像M型星，質量過小，行星上若是要保存有水讓生命形成，則行星就要越靠近恆星，那麼恆星的強烈放射線也會對生命有害吧。所以整體來說，G型星應該還是最適於孕育生命的恆星吧。”

我說：”你好聰明！這裡有一個關於我們銀河系主序星的分佈給你參考哦。你可以看到我們太陽系所在的銀河系中，大約有8%的G型恆星，大約有12%的K型恆星，大約有3%的F型恆星。

類型	M型星	K型星	G型星	F型星	A型星	B型星	O型星
比例	76%	12%	8%	3%	0.6%	0.1%	0.00003%
外觀	暗紅色	紅~橙	橙~黃	黃色	白~水藍	水藍~藍	藍
直徑*	0.1~0.5	0.5~0.8	0.8~1.1	1.1~1.5	1.5~3	3~20	>20
壽命	>數百億	150~300	100億	數十億	數億	數千萬	<數百萬
範例	巴納德	南門2B	太陽	小犬作南河3A	天鷹座河鼓二	獅子座軒轅十四	參宿增一
	Barnard	Alpha Centauri B		Procyon αA	Altair	Regulus	獵戶座 α星

* - 直徑是太陽的幾倍

庭說：”所以只要找8%的G型星就好了，然後再找距離它不太遠也不太近，位於適居帶的行星…。不能再縮小範圍嗎？”

我說：”想想看，地球還有甚麼特色？”

庭說：”嗯…我們有月球，但這重要嗎？”

我說：”也很重要吧，因為月球的引力可以穩定地球軸心呈 23.5度。如果沒有了月球，地球就無法像陀螺一樣固定繞著貫穿南北極這個軸心自轉，而且很可能不停變化軸心地亂轉，地球氣候會因此變遷過大，不利生命繁衍。所以，月球對地球的氣候穩定應該是很重要的。還有嗎？”

庭說：”地球的大小也有關係嗎？”

我說：”嗯，行星的質量最好也和地球的質量差不多，因為這樣就比較有可能留得住氣體。除了可供呼吸外，大氣層還可以保護我們免於紫外線的傷害。還有，像太陽風暴射出高強度高危險的放射線，我們因為有地球磁場的保護才能免受其害。”

庭說：”所以再加上和地球質量差不多而且最好有月球這兩個條件，我們銀河系中有多少個候選類地行星？”

我說：”假設銀河系的恆星數約有1000億顆

G 型星的比例                           8%

位在適居區的比例                   50%

G 型星擁有地球等級的比例   20%

類地球行星的數量就有1000億x 8% x 50% x 20% = 8億顆。

就算我們把比例設定更小，光是我們銀河系，還是會有成千上萬顆的候選類地行星可能擁有生命繁衍的機會哦。”

庭說：”哇！這真是驚人！但為什麼我們到現在仍沒見過外星人？”

我說：”因為無法超越光速，即使有外星人，也可能距離太遠而無法彼此接觸。有一個美國天文學家法蘭克·德雷克（Frank Donald Drake）曾提出一個方程式用來計算可能與地球接觸的高智慧文明數量。他是卡爾·薩根之外，你應該要認識的現代天文學家。下次我再跟妳介紹他以及這個著名的德雷克方程式吧。”