/如何才能誕生智慧文明？

最近在EPSC-DPS2025聯(lián)合會(huì)議上發(fā)表的一項(xiàng)新研究指出，銀河系中與我們最接近的智慧文明可能距離我們3.3萬光年。若要與人類同時(shí)存在，該文明至少需擁有28萬年歷史，甚至可能已存在數(shù)百萬年之久。

綜合考量這些因素后，地外文明探索（SETI）成功的可能性似乎很渺茫。

系外行星開普勒-168b的藝術(shù)印象圖

一顆行星大氣中的二氧化碳含量越多，它能維持生物圈和光合作用的時(shí)間就越長(zhǎng)，并能防止大氣逃逸到太空中——但這需要精妙平衡：過量二氧化碳可能引發(fā)失控的溫室效應(yīng)，或使大氣變得有毒而無法支持生命。

同時(shí)，由于板塊構(gòu)造能夠調(diào)節(jié)大氣中的二氧化碳含量，因此宜居行星必須具備板塊構(gòu)造。然而，板塊構(gòu)造從大氣中吸收的二氧化碳最終會(huì)被封存于巖石中，而不是參與循環(huán)。換言之，當(dāng)大氣中被吸收的二氧化碳達(dá)到臨界值時(shí)，光合作用將停止運(yùn)作。對(duì)地球來說，這預(yù)計(jì)將在大約2億到10億年內(nèi)發(fā)生。

地球大氣主要由氮?dú)猓?8%）和氧氣（21%）構(gòu)成，同時(shí)含有二氧化碳（0.042%）在內(nèi)的微量氣體。研究人員模擬了一顆二氧化碳含量為10%的行星，發(fā)現(xiàn)它的生物圈可以維持42億年。而大氣中二氧化碳含量為1%的行星則最多使生物圈維持31億年。這些星球還需要不少于18%的氧氣——不僅高等動(dòng)物需要更多的氧氣，此前有研究表明，如果氧氣水平低于18%，就無法進(jìn)行露天“燒烤”。沒有火，金屬冶煉就不可能實(shí)現(xiàn)，技術(shù)文明亦無從談起。

接著，研究人員將這些星球上生物的壽命與技術(shù)文明的演化時(shí)間（地球上為45億年）進(jìn)行了對(duì)比。綜合所有因素后，研究人員得出結(jié)論：若某行星的二氧化碳濃度達(dá)10%，其技術(shù)文明至少需存續(xù)28萬年，才有可能與我們同時(shí)代。這意味著，如果我們真的探測(cè)到外星智慧文明，對(duì)方大概率會(huì)比我們古老得多。

另一方面，這些數(shù)據(jù)推算出最近的科技文明可能距離我們約3.3萬光年。太陽距銀河系中心約2.7萬光年，這意味著離我們最近的科技文明可能位于銀河系的另一側(cè)。

研究者指出，上述結(jié)論并非絕對(duì)——還有其他因素應(yīng)被考慮在內(nèi)，比如生命的起源、光合作用的起源、多細(xì)胞生命的起源以及智能生命發(fā)展技術(shù)的頻率等等，但這些因素目前還無法量化。如果這些因素中每一個(gè)發(fā)生概率都較高，外星人可能就不那么罕見了。如果這些因素普遍發(fā)生概率較低，那么我們就需要有更悲觀的預(yù)期。

/可能是一種全新的天體：黑洞恒星

科學(xué)家們利用詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）發(fā)布的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了神秘的“小紅點(diǎn)”。當(dāng)時(shí)研究人員推測(cè)，這些天體可能是大爆炸后5億至7億年就已形成的星系。我們的宇宙約為138億年前形成，因此這些“小紅點(diǎn)”成熟度堪比現(xiàn)今銀河系（約136億歲）。

現(xiàn)在，一篇新論文指出，“小紅點(diǎn)”可能不是星系，而是一種全新的天體：黑洞恒星。

黑洞恒星的藝術(shù)想象圖

研究人員分析指出，“小紅點(diǎn)”的密度非常大，外觀看起來就像核聚變恒星的大氣層。但驅(qū)動(dòng)它們的其實(shí)不是核聚變，而是超大質(zhì)量黑洞——這些黑洞高速吸積物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為能量并釋放光線。也就是說，科學(xué)家們?cè)J(rèn)為“小紅點(diǎn)”是一個(gè)充滿了多顆冷溫恒星的小星系，但實(shí)際上它是一顆巨大的超低溫恒星。

與普通恒星相比，這類恒星的溫度較低，因此光線微弱。一般來說，超大質(zhì)量黑洞周圍的氣體通常非常熱，高達(dá)數(shù)百萬攝氏度，但這些“紅點(diǎn)”黑洞發(fā)出的光卻主要源于極低溫氣體——根據(jù)其光波長(zhǎng)特征，它們類似于低質(zhì)量冰冷恒星的大氣。

大多數(shù)星系中心都存在黑洞。在某些情況下，這些黑洞的質(zhì)量可達(dá)陽的數(shù)百萬甚至數(shù)十億倍，其引力之強(qiáng)足以將鄰近物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量并發(fā)出光芒。雖然我們還不知道它們究竟是怎么來的，甚至一度搞錯(cuò)了它們的身份，但就算犯錯(cuò)了也沒關(guān)系。宇宙遠(yuǎn)比我們想象的要奇怪得多，我們所能做的就是跟隨它的線索——未來仍將有更多驚人發(fā)現(xiàn)等待著我們。相關(guān)研究已發(fā)表在Astronomy & Astrophysics上。

/上得宇宙鉆孔，下可家里逗貓

激光不僅能逗貓玩耍、在PPT幻燈片上標(biāo)注重點(diǎn)，還能在冰冷的星球上鉆孔——一篇發(fā)表在Acta Astronautica上的新論文是這么宣稱的。該論文描述了一種新型激光鉆機(jī)，可在太陽系內(nèi)各類冰凍表面上鉆孔。

這篇論文試圖解決的問題很簡(jiǎn)單——在其他行星和彗星上，鉆冰通常會(huì)使用“冷凍鉆機(jī)”，即通過熱接觸融化冰。但這類鉆機(jī)需耗費(fèi)不少能量，成本高昂。為什么不試試激光呢？激光能解決許多問題：體積小、功耗低，無需與冰體直接接觸即可作用于任意表面。

用激光融化冰

為了驗(yàn)證這個(gè)想法，研究人員對(duì)三種冰進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，它們代表了太陽系中可能發(fā)現(xiàn)的不同類型的冰。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，激光鉆機(jī)能相對(duì)較快地形成深孔。話雖如此，它確實(shí)也存在一些缺點(diǎn)，比如鉆出的鉆孔只有6.15毫米寬，這導(dǎo)致冰層表面下方幾乎沒有空間容納探針或其他設(shè)備。而且，在地球上鉆孔達(dá)在一定深度后會(huì)發(fā)生“擠壓閉合”現(xiàn)象，這在其他行星上也是個(gè)潛在問題。

總之，這項(xiàng)研究標(biāo)志著人們?cè)谔栂当w深層鉆探技術(shù)方面邁出了重要一小步（考慮到實(shí)驗(yàn)中鉆探深度僅約25厘米）。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，激光技術(shù)無疑是極具可行性的方案?；蛟S在不久的將來，激光能融開太陽系里某顆星球的地表?？上У氖牵抢锎蟾挪粫?huì)有貓追著它的光跑。

/“星際旅客”播種星星

最近一項(xiàng)新研究指出，像3I/ATLAS這樣的星際物體在年輕恒星周圍的行星形成盤中被捕獲后，可能會(huì)成為巨行星的種子，從而解決了理論模型此前無法解釋的障礙。

星際天體是指類似小行星和彗星的天體，它們被母星系拋出后游蕩于星際空間，偶爾會(huì)遇到其他恒星系統(tǒng)。自2017年以來，天文學(xué)家已探測(cè)到三顆穿越太陽系的星際天體：1I/'Oumuamua、2I/Borisov以及2025年夏季發(fā)現(xiàn)的3I/ATLAS。

星際天體3I/ATLAS

然而，星際物體實(shí)際上可能比看起來更有影響力——德國(guó)科學(xué)家Susanne Pfalzner教授說，“星際天體可能加速行星形成過程，特別是在大質(zhì)量恒星周圍?！?/p>

行星形成于年輕恒星周圍的塵埃盤中，通過吸積過程形成逐漸變大，最后變成行星級(jí)天體。然而，理論學(xué)家很難解釋，在年輕恒星周圍混亂的行星形成盤中，大于一米的物體要如何通過吸積形成——計(jì)算機(jī)模擬顯示，巖石在碰撞時(shí)要么相互彈開，要么碎裂，很難聚在一塊。

星際天體或許能突破這一困境。Susanne的模型表明，行星形成盤可以通過引力捕獲數(shù)百萬個(gè)類似1I/'Oumuamua的星際天體——注意，1I/'Oumuamua長(zhǎng)度約100米。換言之，星際天體相當(dāng)于行星的種子。如果這一猜測(cè)成立，那么它將解開另一個(gè)謎團(tuán)。在最小、最冷的恒星（即M型矮星）周圍，像木星這樣的氣態(tài)巨行星非常罕見，后者更常見于類似太陽的大質(zhì)量恒星周圍。

矛盾的是，類太陽恒星周圍的行星形成盤僅能維持約200萬年。要在如此短的時(shí)間尺度內(nèi)形成氣態(tài)巨行星可不容易。但如果把被捕獲的星際天體當(dāng)作種子，使其吸積更多物質(zhì)，便能加速行星形成過程，從而實(shí)現(xiàn)“200萬年內(nèi)誕生巨行星”的目標(biāo)。Pfalzner說，她下一步計(jì)劃對(duì)捕獲星際天體的成功率進(jìn)行建模，從而進(jìn)一步檢驗(yàn)猜測(cè)的正誤。相關(guān)研究已發(fā)表在EPSC-DPS2025 Joint Meeting in Helsinki上。

/恒星形成是由什么決定的？

近日，由中科院國(guó)家天文臺(tái)星際介質(zhì)與恒星形成團(tuán)組領(lǐng)銜的國(guó)內(nèi)和國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)在恒星形成領(lǐng)域的基本問題之一：恒星形成是由什么決定的方向取得重要突破，發(fā)現(xiàn)引力束縛氣體是恒星形成的決定性因素。一旦達(dá)成引力束縛，氣體將以統(tǒng)一的效率轉(zhuǎn)化為恒星。該成果已發(fā)表在《Astronomy & Astrophysics》上。

圖為利用N-PDF方法計(jì)算出的引力束縛氣體質(zhì)量（Msgb）與恒星形成率SFR在銀河系分子云中呈緊密線性相關(guān)

恒星形成是發(fā)生在天體物理不同尺度，不同宇宙時(shí)期的基本過程，受引力、湍動(dòng)、磁場(chǎng)、外部環(huán)境、化學(xué)演化等因素共同影響，復(fù)雜度高，目前還沒有統(tǒng)一的理論體系可以完整描述。理解恒星形成率以及恒星形成效率最終由什么因素決定，是恒星形成領(lǐng)域目前尚未解決的三個(gè)重大問題之一。其中最大的難點(diǎn)在于從觀測(cè)角度而言，所有觀測(cè)到的物理參量，它們的引力、湍動(dòng)、磁場(chǎng)等對(duì)星際介質(zhì)的作用在空間上交織在一起，獨(dú)立貢獻(xiàn)難以區(qū)分。而作為一種妥協(xié)方案，人們對(duì)觀測(cè)到的恒星形成率與氣體含量在時(shí)間和空間尺度上取平均，建立起經(jīng)驗(yàn)性的關(guān)系，其中最著名的就是Kennicutt-Schmidt law，又被稱為恒星形成定律，被廣泛用于計(jì)算星系尺度的恒星形成率。但其本質(zhì)仍然是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，物理背景不明，準(zhǔn)確度很有限。

國(guó)臺(tái)研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，創(chuàng)新性地運(yùn)用柱密度概率分布函數(shù)（N-PDF）的方法，在密度空間而非物理空間上，將高密度、呈冪律分布的自引力主導(dǎo)氣體與低密度、呈正態(tài)分布的湍動(dòng)主導(dǎo)氣體分開，利用塵埃發(fā)射的光薄特性計(jì)算其總質(zhì)量，首次大樣本精確測(cè)量了分子云中完全由引力束縛的氣體質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)其與恒星形成率呈現(xiàn)完美的線性相關(guān)，在銀河系分子云中跨越4-5個(gè)質(zhì)量和尺度量級(jí)而成立，效果遠(yuǎn)超過去用單一密度閾值判斷恒星形成氣體總量等其他方法。在銀河系內(nèi)從小到大的分子云尺度上，引力束縛氣體的恒星形成效率是一致的，不隨環(huán)境而改變。這一結(jié)果首次揭示了引力束縛氣體是恒星形成的決定性因素。引力束縛氣體總量決定了分子云的恒星形成率；而一旦達(dá)成引力束縛，所有的氣體將遵循統(tǒng)一的效率轉(zhuǎn)化為恒星，其數(shù)值約為每百萬年轉(zhuǎn)化0.4%。

這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示出了恒星形成活動(dòng)內(nèi)在的、最本質(zhì)的驅(qū)動(dòng)力，還將在恒星形成觀測(cè)、理論、及數(shù)值模擬方面產(chǎn)生重要和深遠(yuǎn)的影響。它可以作為獨(dú)立測(cè)量恒星形成率的工具，相對(duì)K-S law而言具有明確的物理內(nèi)涵，同時(shí)又可以為數(shù)值模擬提供更精確的恒星形成率計(jì)算方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2025/planets-without-plate-1.jpg

[2]https://phys.org/news/2025-09-planets-plate-tectonics-carbon-dioxide.html

[3]https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2025/mysterious-red-dots-in.jpg

[4]https://phys.org/news/2025-09-mysterious-red-dots-early-universe.html

[5]https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2025/lasers-can-melt-throug.jpg

[6]https://phys.org/news/2025-09-lasers-extraterrestrial-ice-efficiently.html

[7]https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2025/how-interstellar-objec.jpg

[8]https://phys.org/news/2025-09-interstellar-similar-3iatlas-jumpstart-planet.html

[9]http://nao.cas.cn/news/ky/202509/W020250930387137023961_ORIGIN.jpg

[10]http://nao.cas.cn/news/ky/202509/t20250930_7983196.html

來源：中國(guó)國(guó)家天文

編輯：子木

轉(zhuǎn)載內(nèi)容僅代表作者觀點(diǎn)

不代表中科院物理所立場(chǎng)

如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原公眾號(hào)