寻找外星生命须听取斯蒂芬·金的教训，只有找到才能确信存在很多

2025年，地球仍然是唯一已知存在生命的星球。《末日逼近》没有第二个生命存在，它给了我们一个至关重要的教训。

这张地球的夜景照片突显了地球自转时不同特征在远处可见的威力。即使地球是一颗系外行星，在可预见的技术下也无法探测到夜间照明，但其光谱和光度特征却可以用来从远处确定地球的许多特性。

在地球上，至少在38亿年前，甚至可能更早，生命就出现在我们的星球上，并一直延续至今。至少在过去的27亿年里，我们就已经拥有了进行光合作用的生命。20多亿年前，我们就已经拥有了真核生命，其细胞内拥有分化的细胞器。多细胞生命和有性生殖已经存在了10多亿年。植物、动物和真菌都出现在5亿多年前。更近一些，我们自己的物种出现在地球上：我们不仅拥有智慧，而且拥有先进的技术，改变了我们的世界，并从20世纪开始迈出了探索太空的第一步。

揭开这个故事，再加上认识到地球生命的原始成分存在于我们银河系的数十亿个恒星系统和可观测宇宙的数万亿个星系中，引发了一些重大问题和一些同样重大的猜测。

• 我们的太阳系中还有多少其他星球上出现了生命？
• 我们的银河系中目前有多少颗有人居住的行星？
• 有多少行星像地球一样充满生命？
• 有多少外星智慧物种？有多少外星智慧物种的技术比我们更先进？
• 或许最根本的是，我们在宇宙中是孤独的吗？

这些都是人们所能提出的最重大的存在主义问题之一，或许本世纪晚些时候，我们终于能有史以来第一次找到其中一个或多个问题的答案。但在此之前，有一个重要的教训，那就是不要从一个不太可能的来源——小说家斯蒂芬·金——那里得出过早的结论。以下是每个人，从专业的天体生物学家到普通人，都应该知道的。

探测并表征一颗真正类地行星（即位于其恒星宜居带的地球大小行星，包括红矮星和更多类太阳恒星）的大气层，是触手可及的。借助下一代日冕仪，大型紫外-光学-红外探测任务可以发现数十颗甚至数百颗地球大小的行星进行测量。

在斯蒂芬·金的史诗巨著《末日逼近》中，一种武器化的病毒意外从军事实验室泄漏，引发了一场毁灭性的全球大流行。这种生物武器般的病毒——又被称为“超级流感”，其代号为“特里普斯船长”（Captain Trips）——传染性极强，最初在德克萨斯州阿内特爆发的疫情迅速蔓延至全球各国。短短几周内，这场超级流感几乎对所有人都是致命的：夺走了全球超过99%的人口生命。仅仅一个月后，地球上几乎所有曾经存在过的人类都已灭绝。

然而，在德克萨斯州阿内特，最初疫情爆发的“原爆点”现场，其中一人竟然是斯图尔特·雷德曼：他之所以如此杰出，只有一个原因：他似乎对病毒免疫。研究人员和政府官员希望利用他身体看似独特的特性来寻找治疗方法，于是他被强行拘留。但随着越来越多的人死于病毒，他最终逃脱了。最终，他与其他几位幸存者相遇，许多人团结起来，试图在旧社会的残余中创建一个新社会，并代表人类对抗由故事反派——超自然力量兰德尔·弗拉格——领导的一系列黑暗势力。

在斯蒂芬·金的小说《末日逼近》中，所有人类都会接触一种名为“Captain Trips”的新型超级流感病毒，超过99%的人会因此丧命。那些从病毒中幸存下来、基本不受影响的稀有人类，可能要经历很长一段时间才能找到第二位幸存者。在此之前，他们有理由担心自己是否真的是地球上仅存的人类。

正如金在几个不同的故事情节中巧妙地勾勒出的那样，当我们思考寻找外星生命时，这个故事之所以如此重要，是因为每一位（罕见但并非独一无二的）疫情幸存者一定都在思考：我是孤独的吗？我是地球上最后一个，或许是唯一一个幸存的人类吗？

他笔下的人物——一个生活在偏远乡村地区，而不是通常有多名幸存者的城市或郊区人口中心——独自探索着这种可能性。“我孤身一人吗？怎样才能让我相信我并不孤单？”

角色（没错！）评估道，他们无法得知有多少人幸存，也不知道自己是否是地球上唯一幸存的人。事实上，除非找到第二个活人，否则他们无法确定自己是否孤身一人：如果没有第二个活人，那么幸存的概率可能在以下范围内：

• 嗯，我知道在我所在地区寻找的几个人都死了，而我是在我收集的极少数样本中唯一的幸存者，
• 我所具有的特质和属性非常非常特殊和罕见，即使地球上曾经有数万亿甚至数千万亿的人类，我也是唯一幸存下来的人。

从科学和数学的角度来看，这是一种解决难题的极其负责任的方法。

如果你走在街上，发现大量尸体倒地，一动不动，毫无生气，你就会开始怀疑除了你之外是否还有其他人活着。直到你发现另一个活着的人，你才会确信自己并非地球上唯一活着的人。

想象一下以下场景：你一天早上醒来，却惊恐地发现周围没有人醒来。你家里的正常同住者都躺在床上，但他们的身体冰冷，一动不动。你去了邻居家，但那里没有人接听。你用手机一个接一个地拨打联系人，但没有人接听。你上了车，但在路上看不到任何其他车辆。车辆都停在那里，空无一人，商店也没有开门。你打开社交媒体应用程序，开始给每个人发消息，希望得到回复，甚至是“已读”状态，但都无济于事。你开始寻找新帖子，但没有看到任何帖子，除了看起来像是自动发布或机器人胡言乱语的内容。

从数学的角度来看，当你把网撒得越来越大，更广泛地寻找自己之外的任何生命迹象时，你所做的就是增加可能显示出他们还活着的迹象的“潜在人”的样本量：不仅仅是你。

• 当你调查了前 10 个人并发现你是唯一的幸存者时，你可以合理地推断出生存率很低：可能不超过十分之一。
• 在拯救了前 100 人之后，如果您仍然是唯一的幸存者，您可能会推断出生存率甚至更低：不超过 100 分之一。
• 1000 人、100 万人或 10 亿人之后，如果你仍然是唯一的幸存者，你就会推断存活率最多可能是千分之一、百万分之一或十亿分之一。

这四张图表显示了在合理样本的18次试验中，预期可能获得的成功次数，每次试验的成功概率分别为10%（左上）、25%（右上）、50%（左下）和75%（右下）。需要注意的是，观察到恰好1次成功并不排除这四种可能性中的任何一种，也不一定意味着真正的成功率就是1/18。

图片来源：二项分布/StatsRef

然而，这在数学上并不严谨。从数学角度来看，如果你调查10个人，只发现一个成功的例子，这并不意味着成功的概率是十分之一。事实上，如果你的“成功概率”是十分之一，并且你进行了10次独立试验，那么大约39%的情况下，你最终只会成功一次。34%的情况下，你完全不会成功，17%的情况下，你会成功两次，而大约10%的情况下，你会成功三次或更多。

您进行了 10 次试验并观察到 1 次成功，但这并不意味着成功的几率在一般意义上是 1/10。

• 首先，如果你知道成功的“真实概率”，并进行了任意次数的公平抽样，你得到的成功次数并不一定等于真实概率乘以试验次数。（你期望的成功次数服从二项分布。）
• 其次，“一次”观察到的成功是这次试验的必要条件；如果没有成功，实验就不可能进行，这意味着你必须根据贝叶斯统计数据进行推断，但在这种情况下它的帮助是有限的。
• 第三，您无法知道您的抽样偏差是什么：您进行的试验是否代表了总体的公平样本，或者是否代表了有偏差的样本，其中样本的偏差可能高于或低于真实分布。

顶部图表显示，强力球彩票的销售预测取决于头奖金额；每张超过10亿美元的头奖，预计都会有超过5亿张彩票售出。底部图表显示，一张2美元的强力球彩票的预期价值，考虑到税费和分割头奖，其价值在头奖金额达到约5亿美元时达到峰值，之后会逐渐下降。

通过调查越来越大的样本，只要你自己代表了迄今为止唯一已知的成功案例，你所能做的就是对任何成功的最大推断概率施加越来越严格的限制。然而，如果你想更好地估计成功的真实概率，只有一种方法可以实现：找到第二个成功的例子。

金也注意到了这一点，他故事中的幸存者意识到，只要自己是所知的唯一活着的人，他们就无法知道自己是孤身一人还是还有其他人。然而，一旦发现第二个活着的人，幸存者就可以理所当然地得出结论，幸存者总数不止两人：很可能还有许多其他幸存者。

统计学再次印证了金的观点。如果你拥有大量样本，但只有一次成功——尤其是在你认为这一次成功（也就是你的成功）对于研究的开始至关重要的情况下——你根本无法确定成功的概率。然而，如果你在绝大多数可能的样本尚未调查的情况下发现了第二次成功，那么你就可以确信，还会有许多其他成功的例子。如果你有一张中奖彩票，在调查了1万张其他彩票后，你发现了第二个中奖者，那么如果你知道总共有10亿张彩票可供选择，那么很可能还会有许多其他（可能还有几千张）中奖彩票。

虽然地球是八大行星中表面液态水含量最多的行星，但所有形态的水含量最多的行星却是木星的卫星木卫三。接下来依次是土星的土卫六、木星的木卫四和木卫二。地球的水含量仅排在第五位，领先于冥王星、狄俄涅、海卫一和土卫二，这四颗行星在太阳系中分别位列第六至第九。其他探索程度较低的柯伊伯带天体，例如阋神星，或许也值得在这个榜单上占有一席之地。

在寻找外星生命的过程中，我们仍处于探索我们是否孤独的早期阶段。在我们自己的太阳系中，我们知道，在我们搜索过的任何一个可能存在外星生命的地方，都没有存在能够改变世界的外星生命，包括火星、金星、土卫六、木卫二、木卫三、木卫四、海卫一、土卫二和冥王星。我们还没有在这些星球上找到任何确凿的现代生命证据，甚至过去存在古老生命的证据也既稀少又可疑。但我们的观察还不够深入，或许在这些星球上的一些星球上、上空或内部，仍然可能存在着蓬勃发展的微生物生命形式。

通过直接搜索和 SETI 的努力，我们还没有发现任何智慧外星人的迹象，尽管我们寻找他们存在的能力仅限于少数几种探测方法和我们银河系内相对较小的搜索半径。

尽管最近已发现的系外行星数量已突破 6000 颗，但几乎所有已知的行星都极不适合生命生存，因为大多数行星：

• 比地球大得多，有厚厚的氢和氦大气层，
• 与地球相比，它们的温度更高，距离母星也更近，表面温度太高，无法容纳液态水，
• 或者，对于较小的地球大小的世界来说，它们可能围绕小的、暗淡的、仍在活跃燃烧的红矮星运行。

尽管目前已确认的系外行星超过6000颗，其中超过一半是由开普勒望远镜发现的，但目前仍未发现与太阳系行星真正相似的行星。以目前的技术水平，木星类行星、地球类行星和水星类行星都难以找到。通过凌日法发现的绝大多数行星都靠近其母恒星，半径约为其母恒星的10%（或相当于其表面积的1%）或更多，并且围绕着低质量、小型恒星运行。

事实上，尽管我们知道很多行星，但却没有已知的“地球双胞胎”候选者：一个与地球大小相仿、距离与太阳相似的恒星的行星。

然而，尽管我们迄今为止用尽各种方法寻找，却仍然没有发现任何生命迹象，但我们有充分的理由相信，这个星系实际上是一个非常适合生命生存的地方。生命的原始成分——导致岩石行星、有机分子和生物形成的重元素——在整个银河系平面中无处不在：银河系的大多数恒星都位于此处。大多数已知恒星的重元素含量与太阳相当，而且当我们观察新生恒星系统时，它们往往会形成行星形成盘。

根据我们的调查，超过 80% 的恒星被怀疑拥有行星。地球大小的行星在各种距离的恒星周围都很常见，而距离其母恒星适当距离以支持其表面液态水的地球大小行星（假设它们具有类似地球的大气层）预计也很常见：存在于所有恒星系统的 1-10% 之间。类似太阳的恒星也很常见，占所有恒星的 1-10%。我们知道许多这样的恒星，其中一些被强烈怀疑拥有行星，就在我们自己的后院，例如鲸鱼座τ、半人马座α A、波江座ε 、天鹅座61和印第安座ε。虽然还有很多其他恒星，但这五颗恒星都位于距离地球仅 12 光年的范围内。

在21世纪初，我们已经成功地在三维空间中绘制出了我们附近几乎所有恒星的分布图。距离我们最近的恒星并不总是与我们能看到的恒星对齐，因为可见光是由距离和固有亮度共同决定的，但所有太阳以外的恒星都比我们太阳系内的任何恒星距离我们远得多。半人马座α星/比邻星系统是一个三重星系统，目前拥有距离太阳最近的三颗恒星；巴纳德星是距离太阳第四近的恒星，也是距离我们最近的单重星系统。

然而，这些恒星之所以重要，是因为人类即将设计、建造和操作第一台望远镜，这些望远镜将能够测量来自地球大小的行星的光，这些行星位于（大致）类似太阳的恒星周围，距离地球的距离与地球相似。

• 如果这些星球有大气层，我们可以利用光谱学将光分解成其组成波长，揭示出存在哪些类型的气体、雾霾、云层和化合物。
• 如果那个世界的大气成分存在季节性变化，就像地球的二氧化碳水平随季节波动一样，我们就能检测到它。
• 如果世界的颜色或亮度随时间发生变化，即使只是从单个图像像素来看，我们也可以利用这些变化来推断行星的自转周期、云层的存在、大陆和海洋的存在、冰盖的消退或前进，以及陆地颜色是否会随着季节变化。（最后一种情况可以类比地球大陆周期性地变绿和变褐。）

这些天文台包括地面的极大望远镜和巨型麦哲伦望远镜（均已在建），以及计划中的三十米望远镜。它们还包括正在开发的“外星生命探测器”概念，以及美国宇航局计划于2030年代启动的旗舰任务：宜居世界天文台。如果任何一颗距离地球最近的类太阳恒星周围的行星上存在生命，下一代地面和太空望远镜将有极好的机会找到它。

左图为 DSCOVR-EPIC 相机拍摄的地球图像。右图为同一图像降级至 3 x 3 像素的分辨率，与研究人员未来在系外行星观测中看到的分辨率相似（假设中心像素的光线会渗入相邻像素）。如果我们建造一架能够获得约 60-70 微角秒分辨率的望远镜，我们就能够在半人马座阿尔法星的距离上以这种分辨率拍摄一颗类地行星。宜居世界天文台配备了新型日冕仪，以及地面的“外星生命探测器”，能够对距离类太阳恒星与地球距离相近的地球大小的行星进行成像，尽管分辨率仅为单个像素。

但找不到（这也是一种可能性）并不一定意味着我们是孤独的。这甚至不一定意味着生命、宜居行星甚至智慧外星人是罕见的；这意味着我们尚未足够精确地寻找到关键证据，证明我们并不孤独：在地球之外的宇宙中，找到第二个成功的例子。随着我们越来越精确地寻找，不仅要扩大生命可能存在的范围，还要更深入、更全面地探究过去或现在生命可能隐藏的迹象，我们可以预期两个时期：

• 在这个时期，我们还没有探测到地球以外明确的生命，我们的限制变得越来越好，使我们能够对宇宙中生命的频率和丰度设置更严格的上限，
• 随后的发现将永远改变我们对自身在宇宙中位置的看法：在宇宙中的某个地方发现了第二个生命实例。

在我们找到第二个生命实例之前，我们无法排除最令人恐惧的可能性：我们确实是宇宙中唯一的生命。但当那个关键时刻到来时——和许多科学家一样，我相信这一天终将到来——我们真的找到了地球之外第一个坚实的生命实例，我们不仅会知道我们并非宇宙中唯一的生命，还能得出结论：宇宙中还有很多其他生命。在那之前，我们都应该记住斯蒂芬·金的教诲：一个生命实例可能意味着宇宙中只有一个，但如果我们能找到两个，我们就能确信还有很多其他生命。