地球科学家提出，系外行星上缺乏某些地质特征，比如海洋和大陆以及持续的板块构造，这可能是先进的外星文明如此罕见的原因，这修改了德雷克方程的预期。
研究人员认为，海洋、大陆和长期板块构造的稀缺性系外行星上的nics可能解释了高级外星文明的罕见性，挑战了德雷克方程提供的估计，并解决了费米悖论。
德克萨斯大学达拉斯分校的地球科学家罗伯特·斯特恩博士及其同事的一项新研究提出了一个地质学上的解释，解释了为什么没有发现先进的外星文明(ET)的确凿证据，尽管德雷克方程预测在我们的星系中应该有许多这样的文明能够与我们交流。
在最近发表在《科学报告》(Scientific Reports)杂志上的一项研究中，斯特恩和苏黎世瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology)地球科学教授塔拉斯·格亚(Taras Gerya)博士提出，在有生命的行星上，海洋和大陆的存在，以及长期的板块构造，对活跃的、交流的文明(ACCs)的进化至关重要。
研究人员得出结论，系外行星可能缺乏这三个条件，这将大大减少银河系中这类外星文明的预期数量。
斯特恩是自然科学与数学学院的可持续地球系统科学教授，他说:“生命在地球上已经存在了大约40亿年，但像动物这样的复杂生物直到大约6亿年前才出现，这是在现代板块构造开始后不久。”“板块构造确实启动了进化机器，我们认为我们知道为什么。”
德克萨斯大学达拉斯分校的地球科学家罗伯特·斯特恩博士和他的一位同事提出了一个地质学上的解释，来解释为什么还没有发现先进的外星文明(ET)的确凿证据，尽管德雷克方程(如图所示)预测，在我们的星系中应该有许多这样的文明能够与我们交流。资料来源:德克萨斯大学达拉斯分校
在哪儿每个人都是吗?
1961年，天文学家弗兰克·德雷克博士设计了一个方程式，将几个因素相乘，估算出银河系中有多少智慧文明能够让人类知道它们的存在:
N=R* xfxnexfxfxfxl
N:银河系中可以探测到电磁辐射(无线电波等)的文明的数量。
R*:每年形成的恒星数量。
fp:那些拥有行星系统的恒星的比例。
ne:每个太阳系中适合生命生存的行星数量。
fl:有生命存在的合适行星的比例。
fi:有智慧生命出现的有生命的行星。
fc:发展出一种能够产生可探测的存在迹象的技术的文明的一部分。
L:这些文明产生这些符号的平均时间长度(年)。
给这七个变量赋值一直是一种有根据的猜测游戏，从而得出这样的文明应该广泛存在的预测。但如果这是真的，为什么没有确凿的证据证明它们的存在呢?
这种矛盾被称为费米悖论，以核物理学家、诺贝尔奖得主恩里科·费米博士的名字命名，他非正式地向同事提出了这个问题。
在他们的研究中，斯特恩和格里亚建议改进德雷克方程中的一个因素——fi，即有智慧生命出现的有生命的行星的比例——以考虑到大洋和大陆的必要性，以及这些行星上存在超过5亿年的板块构造。
斯特恩说:“在最初的公式中，这个因素被认为接近1，或100%——也就是说，所有有生命的行星上的进化都将向前推进，并在足够的时间内转变为智能文明。”“我们的观点是:事实并非如此。”
板块构造的影响
板块构造是20世纪60年代末形成的一种理论，该理论认为地壳和上地幔被分解成运动的碎片或板块，这些板块的运动非常缓慢——大约和指甲和头发生长的速度一样快。
在我们的太阳系中，在四个具有地表变形和火山活动的岩石天体中，只有地球具有板块构造。斯特恩说，另外三颗行星——金星、火星和木星的卫星木卫一——正在积极变形，并有年轻的火山，但它们缺乏板块构造。另外两个岩石天体——水星和月球——缺乏这样的活动，在构造上已经死亡。
斯特恩说:“对于行星来说，更常见的是有一个没有破碎的外层固体壳，这被称为单盖构造。”“但在推动高级生命形式的出现方面，板块构造比单盖构造更有效。”
随着构造板块的移动，它们相互碰撞或分开，形成了山脉、火山和海洋等地质结构，这些地质结构也使温和的天气和气候模式得以发展。通过风化作用，营养物质被释放到海洋中。通过创造和破坏栖息地，板块构造对物种的进化和适应施加了适度但持续的环境压力。
斯特恩和格里亚还评估了大型陆地和海洋的长期存在对进化的重要性，这些进化导致了一个活跃的、有交流能力的物种。
斯特恩说:“陆地和海洋都需要ACCs，因为从简单到复杂的多细胞生命的进化必须在水中发生，但进一步的进化导致对夜空的好奇，利用火和使用金属创造新技术，最后出现能够发送无线电波和火箭飞船进入太空的ACCs，必须在陆地上发生。”
改进德雷克方程
研究小组提出了对德雷克方程的修订，该方程将fi定义为两个项的乘积:foc，具有重要大陆和海洋的可居住系外行星的比例，fpt，具有长期板块构造的行星的比例。
根据他们的分析，斯特恩说，拥有最佳水量的系外行星的比例可能非常小。他们估计foc的值在0.0002到0.01之间。同样，研究小组得出结论，持续超过5亿年的板块构造也是非常不寻常的，这导致了对英尺的估计小于0.17。
斯特恩说:“当我们把这些因素相乘时，我们得到了一个非常小的精确估计，在0.003%到0.2%之间，而不是100%。”“这就解释了为什么在我们的银河系中，对智慧生命发展有利的行星条件极度缺乏认识，并解决了费米悖论。”
据美国宇航局称，通过地面观测和开普勒和詹姆斯韦伯太空望远镜等轨道平台，已经在银河系中确认了5000多颗系外行星。虽然包括德州大学达拉斯分校行星猎人、物理学助理教授卡洛扬·佩涅夫博士在内的科学家们在寻找其他恒星周围的行星和估计岩石数量方面做得更好，但他们还没有能力探测到系外行星上的板块构造。
斯特恩说:“生物地球化学认为，固体地球，特别是板块构造，加速了物种的进化。”“像我们这样的研究是有用的，因为它们激发了对更大谜团的广泛思考，并提供了一个例子，说明我们如何将我们对地球系统的知识应用于关于我们宇宙的有趣问题。”
参考文献:《大陆、海洋和板块构造对复杂生命进化的重要性:对寻找地外文明的影响》，作者:罗伯特·斯特恩和塔拉斯·格里亚，2024年4月12日，《科学报告》。DOI: 10.1038 / s41598 - 024 - 54700 - x
这项研究得到了瑞士国家科学基金会的支持。
