人类没什么可能是可观测宇宙的最高等文明，但很可能是银河系的最高等文明。
绝大多数人终其一生都没有向这尘世之外认真看过哪怕一眼，以为这世上发生的一切，包括自己安定的人生是一种必然，然而并没有什么天经地义的稳定，背后的一切皆有可被解释的原因。
人们受到落后的科普知识的影响以为地球和太阳系和银河系里面的其它物体没什么区别，然而过去对文明数量过高的估计是建立在我们很普通，太阳系2.0很多的基础之上。
只见过奇迹的人会觉得世上到处都有奇迹，连自己都不了解的人，怎么去了解别人？
近几年的研究已经越来越倾向文明稀有的观点。这种稀有性来源于我们的天文观测，我们发现 太阳系与银河系大多数恒星系相比完全是个异类，为什么我们会诞生在这样特殊的环境中？近几年的研究暗示出一个答案：正因为这种特殊性我们才诞生出文明。
这篇文章从2022年9月开始写到现在，目前已经10万字了，基本上快写完了，后续还会继续更新。
如果你有耐心看完并看懂，那么你可以了解到很多硬核知识。
阅读这篇文章可能对于大部分人来说很难，因为这篇文章内容对应了大约有200多篇论文（为了写这篇文章我看了400篇论文），但我不会降低标准，科普读物并不是越通俗易懂越好，科学有它的标准，不能因为娱乐性而丧失严谨性。
对于费米悖论这种牵涉到人类科学各个学科的大议题，注定了严肃讨论它的复杂程度。
省流版:
文明诞生的条件很苛刻，在粒子→星系→恒星→行星→化学→生物→文明 的过程中每一步都存在着苛刻的条件，不满足条件的环境无法诞生技术文明，即便诞生出技术文明，前途未卜的我们看着外面一片死寂的星空，仍然不知道自己的最终命运。
生物到文明的演化，就像是一场没有复读，没有教材，没有题目的高考，生命从环境的改变中被自然选择之手推动着以死亡和繁衍作为手段来积累考试经验，并进化出复杂结构来理解世界，实现最小代价的损失，从而让自己活下来，某些生命幸运的通过了考试，然而等待着它的是同样空白的未来。
即便灾难会让一切归零，过去是一条不可返回的死路，但既然选择了前进就不要停下。
Q：宇宙这么大，你怎么敢说文明稀有？咱们来晚了，到处都是外星人，外面全是！
A：我倒是觉得银河系这地方没多少外星人。
Q：外星人没来，不代表不存在，你这是狂妄自大。
A：老子从来就没狂妄自大。
Q：你不狂妄自大，谁狂妄自大啊？
A：谁不用脑袋认真想问题，谁连别人说了什么都不看就反对，谁狂妄自大。
Q：懂阴谋论吗？知道地摊文学吗？知道硅基文明这类非碳基文明吗?
A：不懂,你说的这些没证据，其它生命形态连自我复制结构都模拟不出来，其它生命形态在化学上相比碳基生命有巨大的劣势。连草履虫都不如的低级生命会在缺乏各种资源的恶劣环境中不知所以地变成高等文明的事会有人信？寻找外星生命的本质就是寻找能对世界产生可观测影响的同类，随意扩展生命概念带来的结果只是换一个名词解释自然现象。
Q：知道银河系有几千亿颗恒星吗？你说人类是银河系最高等文明就像一只鸡从蛋里孵出来，看到周围没有鸡，就以为自己是全天下最厉害的鸡一样愚蠢，你对宇宙的大小一无所知，人类根本没可能是最高等文明！
A：科学讲的是证据，一就是一，二就是二，人类确实只能看见附近的行星，确实不能直接证明外星文明不存在，但我们能通过被实验证实的 物理规律和一些假说来间接估算行星表面的宜居性，进而推断生命演化到文明会遇到的各种过滤器，通过太阳系与其它恒星系不同的证据，我们可以推断出太阳系在银河系是稀少的。
Q：你刚才说了什么？科学讲的是证据，你有外星人不存在的证据吗？
A：贴上的这一百多个篇参考文献，看见了吗？多少外星文明不存在的严谨文献给出的证据我都给的出，你有外星人存在的证据吗？一就是一，二就是二，事实不是模棱两可的答案，没发现高等外星文明的可信证据，那么它目前就应该认为不存在，子不语怪力乱神，知道了吗！
Q：你去过银河系每一颗恒星吗？你没去过你怎么得出人类是银河系最高等的文明？人们来知乎上找答案要的就是清晰准确，你这不是在欺负老实人吗？
A：那好我问你，既然你认为银河系有外星文明，那么其它星系也有外星文明，对吧？或者你认为没有，那么请给出理由，毕竟你都认为外星文明在星系中出现是个必然事件了。
Q：有，也没有。我就想看你这样，一脸败相，说不过是输，说得过还是输，你看有人会听你的吗？抛开事实不谈，你就没有一点错吗？
A：其它星系的外星人，为什么没有一个也能发展到足够高的文明等级，可控核聚变或者戴森球什么的，消耗能量，释放出巨量的废热，产生大量中红外射线被我们的望远镜看到？要知道我们已经调查了20多亿光年的河外星系的恒星正常波段光通量与中红外波段和射电的光通量的比值，发现几乎全部的星系，绝大部分的恒星光能没有被利用，也没有额外的中红外信号。异常的星系就几十个，几乎都能用自然情况来解释。我把我的推理摆出来了，你继续来解释一下，有那么多高级外星文明，为什么都这么蠢，活了那么久，一个星系都快被文明塞满了，却连可控核聚变或者戴森球这种高产能装置都不会用？银河系外星文明究竟多不多，高不高级？与这些类似的问题，还可以列举出许多，咱们一个一个辩论。
Q：多，也不多。
A：我就想知道银河系外星文明究竟多不多。
Q：不多，但是你认真了，你已经输了，哈哈哈。
A：你这样的人还真够恶心的，你说的话也有人会信？
Q：我告诉告诉你！当然有人信，一大把。解决费米悖论这种科学界尚没有定论，谁都可以说上一句的问题，得巧立名目，不给证据，不讲科学，凭空捏造，相信直觉，编造段子，拉拢喷子，缴智商税。他们交了，才能让百姓跟着交，跟着拿流量。得流量之后，喷子的流量如数奉还；百姓的流量三七分成。
A：怎么才七成啊？
Q：七成是人家的！能得三成还得看喷子的脸色。
A：谁的脸色？
Q：他。
A：他？！我费这么大功夫写这么多字，解释费米悖论当今的情况，就是为了看他的脸色？
Q：对！
A：我好不容易查阅资料，写了文章，解释清楚太阳系的各种稀有性和稀有性的作用以及附近星系没看见高等文明的痕迹的事实，就是为了看他的脸色？
Q：对。
A：我得拉拢喷子，不讲证据，不摆事实，迎合大众，一起说人类比起外星人就是只蚂蚁，狗都不如，外面全是高级文明？
Q：对。
A：还得巧立名目，抖个机灵，编段故事才能拿高赞，得流量？
Q：对。
A：还得看他们的脸色，一起嘲笑人类的渺小？
Q：对。
A：那我不成跪着要饭的了吗？
Q：那你要这么说，来知乎上答这种题，还想拿高赞，还真就是跪着要饭的。毕竟谁都可以说「人类这么垃圾就敢说几百亿光年的宇宙最强，难道就没有其它可能吗？」喷死你。就这，多少人想跪还没这门子呢！
A：我问问你，我为什么要在这种题下认真回答问题？我就是腿脚不利索，希望更多人认真思考这类问题，启发他们用科学方法认知世界，跪不下去！
Q：原来你是想站着写长篇回答啊，那还是回山里吧，知乎已经不是那个知乎了，他们看都不看内容就断章取义开喷。
A：诶，这我就不明白了，我已经查了那么多资料，摆了这么多证据，怎么还不如写几句话抖机灵的讨喜？
Q：百姓眼里，你是专业的。可是喷子眼里，你就是山里跪着等着找骂的，为什么要相信你写的，你写的都是别人的观点，只是个翻译。答题嘛，讲故事、乐就完事了，干嘛要认真呢。都是生意，不寒碜。
A：我引用，你说我抄袭，只是个翻译，我不引用你说我胡说。好吧，我写原创观点，也写了很多，你又看不见。你这抛开事实不谈乱喷可真寒碜！很（tm）寒碜！我得罪你了吗？
Q：不得罪，只是我觉得你的话不符合我的信仰。
A：你信仰什么？
Q：人类相比宇宙微不足道，你太狂妄自大。
A：你和我谁更狂妄？
Q：你更狂妄。
A：你都用未知来推测未知，求神拜佛，真主上帝佛陀缸中之脑农场主的火鸡了，我用已知的客观规律来做推断为什么就不行？而且我也没否定神仙和玄学啊，我只是说他们没有意义啊，为什么我就更狂妄？
Q：因为你是好人，没有地位，不筛选评论，说的话戳到了我的痛处，还容易拿捏。
A：这是什么狗屁道理？好人就得毫无证据地被人骂？
Q：是的，你是想站着，还是想拿高赞？
A：我是想站着，还把高赞拿了！
Q：拿不了！
A：拿不了？
Q：拿不了！
A：这个（长篇）能不能拿？
Q：能拿，山里，被骂。
A：这个（专业性）能不能拿？
Q：能拿，跪着，不如抖机灵。
A：这个加上这个，能不能站着把赞拿了？
Q：敢问答题大哥何方神圣？
A：一个希望亲眼见到人类步入星际文明的硬核科幻迷。
〇、费米悖论的各种解释
在 20 世纪 40 年代的一天，包括著名的恩里科·费米在内的一群科学家围坐在一起谈话，话题转向了地外生命。费米问，「那么它们都在哪里？」他的意思是：如果宇宙中有这么多亿颗能够孕育生命的行星，还有数以百万计的智慧物种，那为什么没有一个到过地球？这被称为费米悖论 。
后来人们意识到，任何拥有火箭和自动化机器人这类较高级科技的文明都可以迅速殖民整个银河系。虽然星际间的距离很远，也许远到生命有限的生物无法征服，但先进文明应该有可能建造自我复制的自动机器人来殖民银河系。
自我复制的自动机的想法由数学家约翰·冯·诺依曼在 1950 年代提出。冯诺依曼证明，进行大规模采矿作业（例如开采整个月球 或小行星带） 的最有效方法是利用指数增长的自我复制的航天器。
理论上，可以将自我复制的航天器发送到邻近的恒星系，在那里它将寻找原材料（从小行星 、卫星 、气态巨行星中提取 ）来复制自己。
然后这些复制品将被发送到其他恒星系。然后，最初的「母」探测器和不出去的复制体可以在恒星系内追求其主要目的，例如将这个恒星系改造成一个军事堡垒。
鉴于这种模式及其与细菌繁殖模式的相似性，有人指出冯·诺依曼提出的自我复制机器可能被视为一种生命形式。
在大卫 布林的短篇小说「肺鱼」中，他谈到了这个想法，如果这些自我复制机器也有某种形式的人工智能，不同文明发射的自我复制机器实际上可能会形成一种类似地球上的生态系统，他们可能会在银河系中互相打仗， 甚至可能会自我进化，发展出碳基生命远程遥控的机械文明，以便更好的占领银河系。
1980 年，Robert Freitas 发表了此类航天器的首次定量工程分析 [1] ，他的想法是利用火箭将质量约为 443 吨的种子工厂 探测器 运送到其它存在行星或小行星的恒星系，让种子工厂在那里生产出许多自己的复制体，在 500 年的时间内增加其总制造能力，然后使用由此产生的自动化工厂 来制造更多的探测器，每个探测器上都有一个种子工厂。
据推测，即便没有的超光速 推进，并且速度限制在 1%光速的「平均巡航速度」 的自我复制探测器可以在短短 500 万年内，传遍整个银河系 。
这样的探测器可以以非常慢的速度在恒星之间穿行。当它到达目标系统时，它会找到合适的材料（如小行星）并复制自身。
探测器数量的增长将呈指数级增长，银河系可以在 500 万年内被探索。几百万年内，每一个恒星系都可以纳入高等文明的探测范围内。虽然这个时间跨度与人类文明时代相比似乎很长，但请记住，银河系已有超过 100 亿年的历史，任何过去的高等外星文明都可以探索银河系最多250 次以上。银河系的殖民化应该是一个快速的过程。
因此，人们立即意识到，外星人有足够的时间在银河系中肆虐。但环顾四周，没有看到任何明显的迹象表明他们已经外出。所以「外星人都在哪里？」
此外，如果考虑到银河系存在的时间（超过 100 亿年）和人类历史中技术进步的速度（技术爆炸），那么所有超级先进的外星文明都在何处？
技术文明的极限是什么？ 这个问题一直隐含在寻找外星智能 (SETI) 的讨论中。
据我们所知，整个宇宙看起来是原始和自然的。 附近宇宙中明显缺乏星际旅行的外星文明导致了费米悖论，即观察到银河系足够古老，即使是相当慢的星际旅行的文明，以 光速 的百分之几旅行，也可以在几百万年内占据整个银河系（Brin 1983 和 Cirkovic 2009）。
文明的技术水平可以根据收获多少能量来分类。 天体物理学家卡尔达舍夫 （ Kardashev，1964) 提出了一个有用的方案来对文明发展水平进行分类。
他认为 外星文明有三个技术水平。
I 型文明类似于我们自己的文明，它改造了行星尺度的自然环境，例如绕地卫星群、大气污染物。
II型文明会改造恒星尺度的自然环境，例如戴森球 。
III 型文明将改造星系尺度的自然环境。III 型文明很容易被发现，即使距离很远。
对于建造巨型又简单的建筑，只要有一个文明发展出自我复制的航天器，那么对于这个文明来说探索整个星系和建造戴森球这类巨型建筑便不是一个困难的事情。
如果技术文明存在很低的上限，那么 SETI 应该主要搜索可能在附近的 I 型（或更低级的）文明。 另一方面，如果有文明能够并且确实实现了星际航行，费米和哈特论证表明我们应该寻找遥远但易于观察的 III 型文明（Wright et al，2014）。到目前为止，大多数 SETI 努力都集中在小型和附近的文明（ Tarter 2001），但随着星系调查变得司空见惯，关于如何寻找 III 型文明的讨论也越来越多。 III 型文明的调查至少可以遵循两种基本策略。 可以寻找具有奇怪形态的星系，看看外星人是否重新排列或隐藏的星系中的恒星（Carrigan 2012；Voros 2014；Badescu & Cathcart 2006 ）。 或者，寻找收集整个星系辐射星光的迹象。 然后，星系在可见光上看起来会异常黑暗（Annis 1999；Zackrisson et al 2015），但会以热红外线的形式发射废能（Wright et al 2014；Garrett 2015）。 弱可见光或红外辐射都是判断标志。典型的假设是红外辐射来自几亿个戴森球体，每个戴森球体都是围绕着一颗恒星的巨型构造，并保持在一定的温度。 多余的热辐射以中红外光辐射形式出现（Dyson 1960；Sagan & Walker 1966；Slysh 1985）。
此类工程迄今为止最全面的调查，两米巡天望远镜发布了LoTSS-DR1河外星系的调查数据集，研究者调查了 16367 个和WISE 望远镜数据集中的 超过10万个 20多亿光年内的邻近星系的过量中红外热辐射，经过仔细排查后只有2个星系具有非自然特征（ILT J134649.72+542621.7 和 ILT J145757.90+565323.8），且因为调查不充分，不能确定是否存在 III 型文明。（Wright et al. 2014; Griffith et al. 2015; M. A. Garrett 2015；H. Chen & M. A. Garrett 2021 ）。
此外 100 GHz 的宇宙微波背景辐射中没有一个具有明显信号，这表明不存在在微波背景辐射中广播信号的超级文明。
这些调查结果排除了 20多亿光年 范围内的 300 万个星系，其中估计有 30亿亿颗类地行星，以及在数万个星系团中存在的 III 型文明 。
结合其他的 III 型文明搜索无效的结果，可以认为它们非常罕见，在可观测宇宙中基本上不存在。
如果事实上外星文明很多，但技术水平存在着一个上限，以至于我们看不见任何一个超级发达的文明在宇宙历史中留下痕迹，那么人类长期生存的可能性很小。如果人类真的生存下来，也将与其他文明完全不同。III 型文明的缺乏暗示了我们的孤独。
因此，根据上述原因，费米悖论就等价于两个问题:
1）为什么外星人没有来拜访我们？
2）为什么我们没有检测到他们的信号/他们建造了戴森球的证据？
这听起来有点傻。上述事实显然意味着在银河系广阔区域中的很多地方都没有外星人。
但许多研究人员认为这是从如此简单的观察中得出的激进结论。
对于众所周知的费米悖论，肯定有一个直接的解释。一定有某种方法可以解释我们在一个我们认为充满了其他聪明人的宇宙中明显孤独。
费米悖论是一个令人困惑的问题，人们围绕它提出了许多有趣的假设和猜测，例如外星文明可能比人类更加友好，或者它们可能没有发展出与人类相似的技术，或者它们可能已经毁灭了自己。
不过，目前还没有任何确凿的证据表明这些假设是正确的，所以费米悖论仍然是一个悬而未决的问题。
尽管如此，费米悖论仍然是一个引人入胜的概念，它提醒我们要更加谨慎地审视我们对宇宙的思考和想象，并且要更加努力地探索宇宙，了解更多真相。
这其实是个细思极恐的事情，可能关系到人类未来的命运，当然很可能和现在的你我没有直接关系。
费米悖论之所以成为一个悖论，源于我们对宇宙中生命很可能广泛存在和我们没有发现外星智慧生命的现实之间的矛盾。我们理应发现外星文明，但实际上却没有发现。为了解决这个矛盾，我们可以提出三种不同的解决方案。
第一种方案是假定我们认为自己没有发现高等外星文明 ，但我们其实已经发现了，只不过我们不知道。这里面又进一步分为四种情况：我们已经有外星人来过的证据了、外星人秘密地接触着少数地球人、外星人悄悄地观察着我们、我们就是外星人。 这一类解释包括、外星人假说 (Extraterrestrial hypothesis)、古代外星人假说（Ancient aliens hypothesis）、蜥蜴人假说（Reptoid hypothesis）、动物园假说（Zoo hypothesis）、禁区假说（Interdict scenario bypothesis）、天文馆假说 （Planetarium hypothesis）、虚拟现实假说 （Simulated reality hypothesis）和 定向胚种论假说（Directed panspermia hypothesis）等。
第二种方案是假定虽然确实没有发现高等外星文明，但是高等外星文明确实是普遍存在的，只不过由于种种原因，高等外星文明并没有向外扩张，因此它们就没法与我们沟通，所以我们就没有发现它们。这里面又进一步分为几种情况：来不了没那个能力，来得了但故意不来，没必要来。 这一类解释包括 渗透假说（Percolation Theory hypothesis）、极光假说（Aurora hypothesis）、夏虫语冰假说（Brief Window hypothesis）、自我毁灭假说（Self destruction hypothesis） 、 黑暗森林假说 （Dark forest hypothesis）、狂战士假说 （Berserker hypothesis）、宇宙隔离假说（Cosmic quarantine hypothesis）、夏眠假说 （Aestivation hypothesis）、飞升假说（Transcension hypothesis）、闭关锁国假说（Self closed hypothesis）等。
第三种方案是假定我们确实没有发现外星人，是因为能看到的地方根本没有或很少有高等外星文明，甚至可能只有我们人类文明这唯一的文明。这里面也分为几种情况，一种是银河系没有高等外星文明，另一种是可看见的整个宇宙范围内都没有高等外星文明，另一种是全宇宙都没有高等外星文明。 这一类解释包括稀有地球假说 (Rare Earth hypothesis)、大过滤器（Great Filter）、新灾变论（Neocatastrophism）、长子假说（Firstborn hypothesis）、智能设计论 （Intelligent Design Creationism）等。
费米悖论的可能解决方案分为以下几类：
第一类解释 外星生命 已经到访，但未被承认
①我们已经有外星人来过的证据了
外星人假说（Extraterrestrial hypothesis） 是一种阴谋论，认为外星生命已经存在，但尚未被人类承认。一些人认为，不明飞行物（UFO）是外星生物的飞船，并且他们在对地球进行观察。另一些人则认为，不明飞行物是某些国家或组织秘密研发的飞行器，并且可能与外星生物无关。还有些人则认为，不明飞行物是神秘力量或超自然存在的体现。
但是，外星人假说并非普遍接受。目前，人类尚未发现地球以外的生命形式，也没有任何确凿的证据表明外星生命存在。因此，目前这一假说是一种因为证据不佳而被认为存在错误的理论。
古代外星人假说（Ancient aliens hypothesis） 是一种阴谋论，认为在古代人类历史上，外星生物曾经来到地球并与人类有过交流。这种假说的支持者认为，这些外星生物曾经帮助人类完成了一些令人难以置信的建筑工程，如金字塔和其他古迹。他们还声称，这些外星生物可能与古代人类产生了后代，或者给人类提供了某些技术或知识。但是，目前还没有科学证据支持这种假说，因此它被认为是一种错误的理论。
很大一部分人认为至少有一些不明飞行物、古代外星人的遗迹证明外星人到访过地球。虽然其中大部分是对一些物理现象未被承认或错误的解释，但仍有一些即使在调查之后仍然令人费解。对于这些科学界的共识是，尽管它们可能无法解释，但还没有上升到令人信服的证据水平。
②外星人秘密地接触着少数地球人
蜥蜴人假说（Reptoid hypothesis） 是一种阴谋论，它认为智能爬行动物，通常称为「蜥蜴人 」，秘密生活在我们人类社会中。这个理论的支持者相信，这些蜥蜴人是变形怪，可以化为人类形态并渗透我们的机构，包括政府和其他强大的组织。这个理论没有得到科学证据的支持，被广泛视为毫无根据的阴谋论。没有可信的证据支持蜥蜴人或任何其他类型智能生物的存在。
③外星人悄悄地观察着我们
2022年11月，一篇研究探讨了自我复制探测器通过引力透镜持续监视太阳系的一种可能。 [2]
假设自我复制探测器通过相邻恒星系之间的直接引力透镜链接形成了一个银河系规模的通信网络。
第三个最近的恒星系统 Wolf 359 会是寻找的通过引力透镜持续监视太阳系的自我复制探测器的绝佳目标。
事实上，从 Wolf 359 看，地球是一颗凌日行星，这意味着我们的星球可能会经过自我复制探测器的监控范围，它们能通过几百米的望远镜观测到我们文明的很多信息。
基于 引力透镜 的星际通信可以从距太阳约 550 au 开始。
而非引力透镜的通信方法，以较小但仍然显着的增益为代价，探测器可以位于更靠近太阳的位置。
假设外星探测器使用太阳帆来保持与太阳的距离。
那么我们无法可靠地识别出高达 ~23.5 等的任何此类物体，这对应于延伸至天王星轨道 (20 au) 的探索区域。
这项研究指出，我们似乎很难检测出隐藏在太阳系中的外星文明的监视器。
动物园假说（Zoo hypothesis） 是由John Ball 于 1973 年提出，指外星生命有意避免与地球交流，以允许自然进化和社会文化发展。 [3]
动物园假说的一个变体是「实验室」假说，它认为人类正在接受外星生命的实验，地球是一个巨大的实验室。 [4]
例如，一旦人类物种通过了某些技术、政治或道德标准，外星人可能会选择允许接触。他们可能会拒绝接触，直到人类强迫他们接触，可能是通过向他们居住的行星发送宇宙飞船 。或者，不愿开始联系可能反映出将风险降至最低的明智愿望。一个拥有先进技术的外星文明可能会得出这样的结论：与其它文明的直接接触会给自己带来更多的风险，而不会带来额外的好处。
在实验室假说中，动物园假说被扩展为「动物园管理员」正在对人类进行实验，ball将这一假说描述为病态、怪诞、利他主义，实验旨在加快文明演化 以克服智能生命自我毁灭的趋势 ，直到一个物种发展到足以建立联系为止，就像动物园假说中那样。
动物园假说和实验室假说都是推测性的，并且没有得到科学家的广泛认可。这两个假说都没有确凿的证据支持，并且有争议。
禁区假说（Interdict scenario hypothesis）
1987 年，马丁·福格 (Martyn Fogg) 提出了 禁区假说——动物园假说的一种扩展形式，禁区假说认为，存在一种高级的外星智能生命，它们不希望人类和其它外星生命接触，因此创造了一个禁区来阻止我们的接触。
它还提供了所有能孕育文明的较晚诞生的行星，而不仅仅是地球，都是禁区的原因。
福格展示了早期银河文明起源、扩张和相互作用的简单模型的结果。与他之前的许多作者一样，他发现，使用看似合理的模型参数值，银河系很快就会充满智能物种。根据参数的不同，要么由少数物种主导大型「帝国」，要么存在许多不同的较小「帝国」。福格模型的结论是，无论参数值如何，外星文明都会在我们的太阳系形成之前就在银河系中定居。
福格认为，一旦殖民阶段结束并且几乎每颗恒星都支持智能生命形式，银河系将进入一个新的「稳态」时代。文明扩张的冲动消退，领土和人口增长的问题得到解决。文明的文化变得越来越混合和同质化，稳态时代变成了交流时代。根据模型，我们已经进入该时代数十亿年了。
如果 福格描述的情况是真实的，那么地球就位于一个或多个先进外星文明的影响范围内。那么为什么他们没有接管地球呢？
他认为，在稳态时代，知识将是最有价值的资源。先进的外星文明有理由不理会一颗承载生命的行星，因为该行星可以提供不可再生的、宝贵的信息，先进文明生存空间的牺牲不必很大。
正如阿西莫夫指出的那样，外星文明可能不再有对行星居住的需求。如果外星文明可以恒星系旅行，那么他们就不需要访问类太阳恒星系；任何恒星都可以殖民。
因此，理论上，这样的宇宙飞船可能会避开拥有宜居行星的类太阳恒星。福格认为外星文明必须避开的恒星数量可能很少：他给出了 0.6% 的恒星拥有生命行星的比例。（当然，这个数字是值得商榷的。）
让少数恒星系保持原样，是让承载生命的行星最终将拥有宝贵的信息所付出的一点点小代价。
那么，在稳态时代，即外星文明相互通信并共同商定政策组成银河俱乐部的时代，「银河俱乐部」将一致同意不干涉存在低级文明的行星。
用纽曼和萨根的话来说，建立了 卡拉狄加法典。 卡拉狄加法典（Kalachakra tantra）是一部佛教经典，源于西藏地区。它涉及到宇宙、时间和人类的哲学主题，并强调对时间的掌控在修行中的重要性。卡拉狄加法典也提到了一个神话故事，即卡拉狄加（Kalachakra）是一个自然界的守护神，他维护着宇宙的平衡。
福格的建议是，数十亿年前，当外星文明造访地球并发现原始生物时，太阳系就处于禁区状态。从那时起，地球上的生物就生活在动物园里——以研究它们产生的复杂信息模式。
禁区假说背后的一些前提是不能令人信服的。
例如，外星文明很难如此有效地持久监控。建立跨星系通信系统远不是那么简单。
例如，银河系中不同恒星的公转轨道的差异导致像某个恒星的位置会不断变化，很难持久在单独某个恒星系上监控另一个恒星系。
我们生活在一个信息流动有速度限制的宇宙中，这使得银河系文明的文化同质性极难实现。 即使不质疑 福格的计算机模型的详细参数和假设，福格的结论也有待商榷。
禁区假说也受到了一些批评。
似乎没有办法发现我们是否处于禁区（也许直到我们作为一个物种进步到足以被选为银河俱乐部的成员为止）。
该假说认为高级外星文明所有阶段都可以向我们隐藏它们的活动。
好吧，也许他们可以。但如果银河真的到处都是古老的外星文明。我们不会偶尔看到宏伟的天体工程结构或偶尔捕捉到突发的异常事件吗？
将一颗行星置于禁区之下是一回事；隐藏外星文明存在的所有证据是另一回事。
最后，如上所述，即使在银河系稳态时代建立了深度交流，是否真的会出现一个意见统一的银河系控制者？
要知道，仅存在 一个 无法达到上述要求的高级外星文明就足以使该情况无效。
天文馆假说（Planetarium hypothesis） 是动物园假说的一种变体，由斯蒂芬·巴克斯特 (Stephen Baxter)于 2001 年提出，它试图 通过认为我们的天文观测代表一种错觉来解决费米悖论，这种错觉是由能够在银河尺度上操纵物质和能量的III 型文明创造的。他假设我们看不到外星生命的证据，因为宇宙经过精心设计，看起来没有其他生命存在。 [5]
这个假说的基本构想是，我们看到的宇宙的所有事物都是由这个生物精心设计的，并且它可以通过改变可观测宇宙中的一些参数来改变我们眼中的宇宙的运行方式。
天文馆假说既违背了奥卡姆剃刀原理，也违背了我们对宇宙运作方式的基本直觉。假设一个 K3 文明会付出这样的努力只是为了说服我们我们的宇宙是空的，这近乎偏执狂。
巴克斯特本人只是将其作为一种费米悖论的可能性提出来（我相信他不相信这是真的）。
在未来的几十年里，随着我们探索更多的宇宙并在越来越大的距离尺度上测试现实结构，我们要么会发现模拟中的不一致，要么被迫接受宇宙是「真实的」。
这个假说是一个有趣的想法，但是它并没有得到任何科学依据的支持，并且也没有得到任何实证证据的支持。它只是一个纯粹的假说，没有科学根据。
虚拟现实假说（Simulated reality hypothesis） 指出，我们所经历的现实宇宙可能是一个由某种高级智能生物创建的模拟，而不是真实的宇宙。虚拟世界假说提出我们所有的存在都是模拟的现实，例如计算机模拟。现实是一种幻觉这一基本论点有着悠久的哲学和科学历史。虚拟现实假说与整个哲学史上的各种其他怀疑情景非常相似。这种怀疑的假设 可以追溯到古代。例如，庄子 梦蝶 或印度的玛雅 哲学，或古希腊哲学中的Anaxarchus 和Monimus 将存在的事物比作一幅画，并假设它们类似于睡眠或疯狂中所经历的印象.Elon Musk 说「我们处于真正现实中的几率是十亿分之一」。
虚拟现实假说与智能设计论有一些相似之处，但它并不涉及宗教或政治，而是侧重于科学和技术。虚拟现实假说还包含了一个有意识的思想，即模拟宇宙中的生命可能会知道或不知道他们生活在一个模拟中。
尽管虚拟现实假说并未得到科学家的广泛认可，但它仍然是一个引起人们兴趣的话题。一些人认为，由于当前的技术限制，模拟宇宙是不可能实现的，并且这个理论本质上是毫无意义的。但另一些人则认为，随着科技的发展，我们有可能在不久的将来实现模拟宇宙，并且虚拟现实假说为我们提供了一个有趣的思考方向。
总而言之，虚拟现实假说是一个充满活力和争议的话题，它引发了人们对宇宙真实性的思考，并激发了我们对技术未来的想象。
总之，动物园假说和它的衍生假说是一些不同的理论，它们假设外星生命有意避开地球，但它们都缺乏确凿的证据支持。它们可能是一些有趣的思想实验，但它们并不能有效解释外星生命为什么明显不存在。
④我们就是外星人
定向胚种论假说（Directed panspermia Hypothesis）是胚种论假说的一种改进说法。
定向胚种论是外星文明故意将微生物播种到宜居行星上的观点。
Shklovskii 和 Sagan (1966) 以及 Crick 和 Orgel (1973) 假设地球上的生命可能是由其他文明有意播种的。
生命起源于别处并以某种方式被运送到地球的想法是一个古老的想法。胚种论的概念 ——字面意思是「到处都是种子」——可能可以追溯到Shklovskii 和 Sagan。
直到 19世纪，在 Berzelius、Richter、Helmholtz 和其他人的工作下，胚种论才有了现代形式。当时的科学家讨论了各种形式的胚种论。例如，开尔文勋爵在 1871 年提出生命可能通过来自太空的陨石到地球上.
Arrhenius在 1908 年写的一本书普及了胚种论的观点。宇宙中充满了活孢子。通过恒星的光压，一些类似地球上微生物的孢子的物体落在早期的地球上，最后繁衍生息，演变成我们今天看到的生命。
生命起源的深层奥秘之一是它在地球上出现的十分匆忙。似乎没有足够的时间让随机的物理和化学过程从无生命的物质中产生生命。
胚种论的想法似乎很有吸引力，因为它消除了时间问题：生命「现成」地落到地球上。
尽管如此，由于多种原因，Arrhenius的假说很快就失宠了。这个想法被搁置的一个原因是很难想象孢子足够坚韧，能够经受住漫长的太空旅程的严酷考验。特别是，宇宙辐射肯定会证明对孢子是致命的。
最近，研究人员研究了一些极端微生物（可以在极端恶劣的陆地环境中繁衍生息的微生物）承受太空条件的能力。实验表明，极端微生物在微型碳质陨石颗粒中，可以在同步加速器源的强辐射下存活数小时——相当于数百万年太阳辐射的累积辐射剂量。因此陨石胚种论诞生了，它认为将微生物生命转移到小尘埃颗粒而不是大石头上——似乎是另一种可能性，即使如此对生命来说仍然破坏性太大以至于无法从一个星球迁移到另一个星球。
尽管胚种论或许不在生物学思想的主流范围内，但这一假说当然没有被排除。如果它被证明是真的，那么生命在宇宙中频繁出现的机会就会大大增加（尽管它不一定说明智能生命和外星文明的存在与否）。
在 1973 年，Crick 和 Orgel 发表了定向胚种论的想法。
Crick 和 Orgel 认为，以光年为单位的星际旅行后，活微生物登陆地球的机会很小。但故意播种是不同的。定向胚种论是指古代外星文明故意将孢子瞄准有利于生命生存条件的行星。也许原始生命并不是偶然地在陨石中到达这里的；也许它是通过探测器发送到这里的。
为什么外星文明会以这种方式播种行星？也许他们正在为随后的殖民准备行星，但不知何故未能绕过殖民地球。也许他们正在进行大型天体生物学实验。也许他们面临灾难，并希望他们的遗传物质的延续。
很难知道如何检验定向胚种论的假设。事件发生数十亿年后，我们如何区分太阳系自然诞生的原始生命、通过陨石或外星飞船的来到地球的原始生命。
Crick 和 Orgel 认为定向胚种论可以解决某些难题。例如，为什么地球上只有一种遗传密码？如果地球上的所有生命都代表来自一组微生物的克隆，则自然会遵循同一个代码。
支持该想法的另一个论点与许多酶对钼的依赖性有关。这种金属相当罕见——它在地壳中的元素丰度排名第 56 位，但它在生化方面起着重要的作用。如果地球上的生命起源于钼含量丰富得多的系统，那么这种略微奇怪的事态就不会那么令人惊讶了。
当然，生化学家对这些难题有更正统的答案，因此支持定向胚种论的证据很薄弱。
生物学家已经发展出一种令人信服的理论，说明生命如何从原始地球上自然存在的材料中自然起源，胚种论——无论是定向的还是其他的——都是不必要的。
当然也有可能 Crick 和 Orgel 可能有一天会被证明是正确的：我们甚至可能会遇到为我们银河系播种的外星文明。定向胚种论的假设仍然是费米悖论的可能的解决方案。他们在哪里？他们在这里，因为我们就是外星人。
但它仍然不能很好独自回答其它地方的为什么没有被外星播种，从而孕育出其它的外星文明。
第二类解释 外星文明由于种种原因，没法与我们沟通
①来不了没那个能力
渗透假说（Percolation Theory Hypothesis）
Geoffrey A. Landis就物理定律施加的限制提出了也许是最引人注目的论点。在他 1993 年的论文中，他认为，由于相对论，外星文明只能在整个银河系中扩展到目前为止。 [6]
Landis论点的核心是被称为「渗透理论 」的数学和物理概念，渗透理论（Percolation Theory）是一种统计物理理论，用于研究网络或复杂系统中的联通性。在一个复杂系统中，当一定数量的元素（如网络节点）被添加到系统中时，系统将会从不连通变为连通。这个过程被称为渗透，并可以用来研究多种现实世界中的问题，如水在土壤中的流动、电流在材料中的传导等。这种渗透过程对于描述外星文明进行星际殖民时会很有用。
2020年的一篇文章佐证了渗透假说的可行性，即使是一个充满外星文明的星系，也应该隐藏着孤立的、未造访过的世界——地球可能就在其中。 [7]
银河系拥有多达几千亿颗恒星，宜居带内可能有数百亿颗行星。然而，就像太平洋中的岛屿一样，随机出现在这些星球上的文明很可能彼此隔绝。文明在银河系中的殖民可能是优先偏向高价值的地区，而地球很可能处于低价值区域，等待一个殖民完高价值区域的银河系的文明前来，一个文明在能够对其最近的邻近恒星进行探测或定居之前会有一段等待期。
银河系中恒星的随机运动意味着即使是最慢的星际探测器，也能以每秒 30 公里左右的速度移动 ，将在不到十亿年的时间内殖民整个银河系。如果我们考虑到其他恒星运动，如银河自转，这个时间跨度只会缩小。换句话说，正如费米所看到的，让生命充满星系并不难。但同样的情况是， 银河系被外星文明殖民的确切程度取决于银河系中真正可定居的世界的数量——即极光效应 。
当星系中可定居世界的出现频率介于高和极低之间时，就会发生有趣的事情。可以把星际文明的分布想象成一个群岛、一组或一连串的岛屿。
一个岛就是一个在银河系中可定居的世界，如果岛之间太远而且分布太稀疏，那么价值太低，很难去殖民。
这种「银河群岛」情景能否解释我们在地球上的情况？值得注意的是，它可能。例如，如果典型的行星级文明可以持续一百万年，并且如果只有 3% 的恒星系统实际上是可定居的，那么有大约 10% 的可能性，至少在过去的一百万年里，像地球这样的行星没有被访问过。换句话说，我们很可能会发现自己处于一座孤岛上。
这种情况意味着在银河系的其他地方存在外星文明互相访问的可定居世界，对它们来说，外星访客是常态。
这一切的发生都不需要极端的假设；它只需要对行星数量和银河系旋转恒星中恒星运动的性质进行相当普通的计算。
直到最近，我们的银河系三维空间地图的了解还非常有限，但借助欧洲航天局盖亚天文台等仪器绘制的十亿个天体和恒星运动图，我们或许能够绘制出这些值得殖民的高价值恒星系。
并且以后我们可以制作更复杂的星际殖民模型，
进而了解到恒星的随机运动的情况、银河系的可定居世界随时间变化的边界、以及多个文明在同一颗恒星系中殖民的可能性。
目前没有任何明显的证据表明外星物种曾到访或定居的地球。
就像皮特凯恩这类太平洋小岛可能在太平洋上无人居住长达三个世纪一样，在殖民浪潮再次席卷地球之前，地球可能只是在经历一段孤独的时期，而且人类可能就像大航海时代到来前在复活节岛上消失的波利尼西亚人。
真正的问题是，当外星文明到来时，我们的文明是否还会存在？
总而言之，该类假说认为高等外星文明不会迅速或持续地在银河系中殖民。相反，它会「渗透」到有限的距离后就停下殖民的脚步。就像人类历史上的古代帝国的疆土存在极限一样，超过一定范围，帝国就会分崩离析。外星统治者也许正是认识到这一点。
因此，银河系殖民化不会是均一的，而是会在给定时间出现大面积未殖民化的区域，出现不均匀的情况。
极光假说（Aurora hypothesis） 以金斯坦利 罗宾逊 2015 年的科幻小说命名。故事围绕一艘星际飞船的船员展开，该飞船以 10% 的光速前往天仓五，以殖民一颗围绕其天仓五e 运行的 卫星（名为Aurora ） 。在他们到达并试图适应当地环境后不久，殖民者开始因接触外星朊病毒而死亡。
该假说起源于 2019 年一项的研究 [8] ，研究人员首先研究了一种先进的外星文明在银河系中殖民的速度。它提出一个警告，并非所有恒星系都有宜居行星。
已殖民的恒星系最终会派出自己的探测器和飞船，从而形成一个随着时间的推移遍布整个银河系的殖民点。
最重要的是，它们提出这样一种可能性，即地球可能在遥远的过去被外星文明访问过，但由于各种原因导致他们认为地球不宜居，放弃了对地球的殖民。但没有证据表明这一点。
他们的研究的新颖之处在于，尽管一颗行星可能被认为「宜居」，但它可能并非天生就「宜居」，很可能对人类来说宜居行星的比例在银河系在银河系很小。
过去认为，任何行星都可以根据高级文明的特定需求进行改造。但是如果，外星文明扩张的目的是建立可居住的定居点，而不是为了改造行星，那么极光假说便有可能成立。
「此外，一些恒星系可能拥有生命，这可能会导致因实际或道德原因而不能殖民，这在罗宾逊 2015 年的小说【极光】中得到了探讨，因此，很难找到真正的宜居世界的一种可能——被称之为极光效应。」
归根结底，天文学家没有足够的证据来确定系外行星的宜居性。虽然认为简单地「类地」（或与另一个物种的起源行星兼容）并不意味着它可以定居是明智的，但在直接探索系外行星之前，什么都不能确定。
与其它同类费米悖论的解释一样，极光假说值得深思，我们要对「看起来宜居」的行星进行详细分类和调查，不能对星际殖民盲目乐观。
夏虫语冰假说（Brief Window hypothesis） 这一假说认为文明之间的距离可能是我们没有收到任何消息的原因。
相对于与另一个文明接触所需的时间而言，外星文明或者人类文明的发送或接受消息的窗口 可能太短了。
人类探测外星文明的能力只存在了很短的一个时期——如果以射电望远镜的发明为 分界线，从1937年开始——而 智人 是地质上的近代物种。迄今为止，现代人类存在的整个时期在宇宙尺度上是一个非常短暂的时期。因此，人类存在的时间可能不够长，也可能不足以发现外星文明或被发现。
2022年发表在【天体物理学杂志】上的一项新研究中，北京师范大学的研究人员给出了大胆的答案：就算外面有上万个文明，人类也需要生存几千年才有机会和外星人通信。乐观的话，这过程大约需要2000年。而悲观的话，外星人可能再过40万年都不会与人类接触。
外星文明可能太遥远，可能存在具有没有殖民技术能力的外星文明，无法与我们进行有意义的双向交流。
Sebastian von Hoerner 估计文明的平均持续时间为 6,500 年，银河系文明之间的平均距离为 1,000 光年。如果两个文明相隔数千光年，则在建立有意义的对话之前，文明可能已经灭绝。人类搜索可能能够检测到它们的存在，但由于距离的原因，通信仍然不可能。
并且人类可能没有使用正确的方式来倾听外星文明发送的信息，例如，外星人可能会传输具有非常规的信号，或者使用非常规频率 ，这将使他们很难与背景噪音区分开来。
或者可能是 每个人都在倾听，但没有人在发送信号，即SETI 悖论，SETI 社区内的官方政策是「在进行适当的国际协商之前，不应发送信号或回应 外星文明的信号」。他们可能像我们一样，没有恒星系航行能力，或者能力很弱，只能看不能发。
也有可能是他们存在着与我们不同的数学体系，尽管数学是通用语言。但人类可能拥有一套外星人无法理解的独特数学系统。问题在于，那么他们无法理解的信号在哪里，要知道人类连蜜蜂的行为都能用数学来理解？
这种假说认为外星文明很可能和我们一样，不具备恒星际航行的能力，只能在有限范围内通讯和观察。今天的我们讨论费米悖论是就像夏虫语冰。
自我毁灭假说（Self destruction hypothesis） 类似其它三种，但重点强调自我毁灭是智慧生命的本性，争权夺利可能导致文明毁灭，追求安逸舒适的生活可能导致文明退化。
现代政治经济文化发展导致的全球化实际上使人类恢复力更脆弱，为了经济效率而关闭了大量备份设施，可能导致文明在危机时无法做出有效应对措施。
例如在核战争、环境污染、生化危机（例如新冠疫情）、资源枯竭、气候变化、智械危机等灾难发生时，文明很容易走向衰退或灭亡。这个一般主题在小说和科学假设中都有探讨。
有人认为最有可能的自我毁灭方式可能是一种被称为光笼极限的毁灭方式，简而言之就是星际版马尔萨斯陷阱。
基于扩散（ Newman-Sagan ）、渗透（Landis ）或元胞自动机（Bezsudnov 和 Snarski）的银河系殖民模型对物种的殖民扩张行为做出了陈述。
而Colin McInne s 开发了一种殖民模型，可以解释地球上缺乏外星访客的原因。且当考虑到人类的过去历史时，这似乎很有道理。
McInnes 认为，如果一个物种意识到它可以进行大规模和经济规模的星际旅行，并在这样做的过程中开发新的物质资源，那么它就不会退缩。事实上，该物种的任何个体都会发现它可以通过殖民其他恒星系和获取新资源来获得竞争优势：那么将会有一场殖民扩张的竞赛。财富、活动和人口将继续增加，该物种将经历一波扩张，有一段时间，这个物种将从未如此美好。他们不太可能停下来。
McInnes 表明，星际殖民过程中物种的个体数量将以指数增加，但平均种群密度将受到其环境承载能力的限制。为了保持恒定的平均人口密度，殖民速度必须随着离母星的距离线性增加。但在某些时候，殖民速度将等于光速。超出这个半径就不可能保持恒定的人口密度。
Stephen Baxter 称这个半径为「光笼极限」。根据这个模型发生的事情是，殖民范围越来越快，直到达到光笼极限；在那之后，这个仍然年轻而充满活力的文明发现它无法足够快地把居民赶到殖民地以维持恒定的平均人口密度。人口密度在殖民扩张的外缘不可持续地增加，只要年人口增长超过1%，那么在光笼极限内，超过了环境的承载能力后，文明就会崩溃。
有人可能会认为，如果人口增长率只有百分之一，那么光笼一定离母星很远。如果光笼距离我们 50,000 光年，那么一个物种就会有足够的「回旋余地」；他们可以殖民银河系的很大一部分。但如果你这么想，那是因为你对指数增长的力量没有直观的感受。
每年 1% 的人口增长率意味着光笼限制只有 300 光年。此外，一个文明将在短短几千年内达到光笼极限——在宇宙尺度上眨眼。（如果最大膨胀速度小于光速，则笼的边界收缩：最大速度为0.05倍光速时，光笼极限只有 15 光年。距离地球 15 光年范围内只有大约 50 颗恒星，其中大部分不适合殖民。
所以这里有一个场景可以解释为什么我们没有被访问。任何发展出对其恒星邻域进行大规模经济殖民的能力的文明都不可避免地会在几千年内崩溃，因为它的殖民速度不可能与其物种的增长速度相匹配。
崩溃后，一个文明将因资源匮乏而无法进行第二次殖民尝试。文明出现又消失，外星文明来不了是因为它们永远不会超出光笼的限制。
这是一个令人沮丧的场景——但这是不可避免的吗？事实上，这个陷阱是如此明显，以至于人们可以希望至少有一个技术先进的文明能够看到它并采取措施避免它。
避免陷阱的一种方法是将净人口增长率保持在非常低的水平，尽管这样可能会带来与文明停滞相关的危险。
另一种方法是一旦达到资源极限就限制增长，但允许在新殖民地快速增长。肯定会有一种技术先进的文明能够看到无限制增长的生存危险，并有采取相应的行动来解决光笼极限。
②来得了但故意不来
狂战士假说 （Berserker hypothesis） 的起源可以追溯到冯·诺依曼式探测器（Von Neumann probe）。它是一种可以利用周围环境中现有的材料进行自我复制的无人探测器。
而所谓的布雷斯韦尔探测器（Bracewell probe）其实就是冯·诺依曼式探测器的拓展，这种探测器在发现原始生命或低级文明时会主动选择蛰伏或接触，甚至通过某种方式干预生命或文明演化。
狂战士 是有感觉的、自我复制、对有机生命极其敌视的布雷斯韦尔 - 冯诺依曼探测器。
1967年，Fred Saberhagen 在他的【狂战士 】科幻小说中详细探讨了这个想法。
狂战士假说认为，狂战士的母文明要么死了，要么躲藏起来；所有其他外星文明要么被狂战士阻止扩张，要么被狂战士消灭，要么因为害怕吸引狂战士而保持安静。这似乎是费米悖论的优雅解决方案。
但是狂战士会存在于科幻小说之外吗？
狂战士假说因多种原因受到批评。最能说明问题的是，狂战士假说本身是个费米悖论：如果狂战士存在，那么我们怎么会存在？
狂战士应该已经对我们的星球进行了灭杀。而地质记录表明生命在地球上已经存在了数十亿年。可以肯定的是，地球已经发生了几次大规模灭绝，但对这些事件有自然的解释——即便没有狂战士存在，宇宙也已经足够危险了。
为什么狂战士让所有其他文明都沉默了，却让地球生命活着呢？我们可以争辩说，狂战士只摧毁暴露的文明，但我不信，能银河系殖民的文明用望远镜看一下太阳的光谱、光变曲线、径向速度等信息就能发现它的异常，用计算机模拟一下就能知道地球的异常，没理由发现不了。
黑暗森林假说 （Dark forest hypothesis） 是狂战士假说的一种特殊形式。即「狂战士」（由于资源稀缺）仅被发送到被观察到存在智能生命迹象的恒星系，而忽略掉未发现有生命的恒星系。
它认为任何外星文明都会将任何其他智能生命视为不可避免的威胁，从而摧毁任何使其存在为人所知的新生生命。最终导致，电磁波频谱将相对安静，不会显示任何智慧外星生命的证据，
「黑暗森林中每个文明都是猎手或者猎物，文明需要藏好自己，做好清理」。
黑暗森林类似于囚徒困境，对每个文明来说，这种博弈到最后都会输，但为了眼下的生存又别无选择 。
这在刘慈欣的科幻小说【三体2:黑暗森林】中得到了应用。
但是黑暗森林会存在于科幻小说之外吗？
黑暗森林假定了一种情况，文明的毁灭能力大于防御能力，且用望远镜发现文明很难，先下手不是为了获得优势，而是因为后手几乎必败。
但现实情况要复杂很多，与小说完全不同，小说中的假设并不能照搬进现实。
除此之外，狂战士假说的衍生假说还有很多，例如 宇宙隔离假说（Cosmic quarantine hypothesis） ， 1981 年，宇宙学家爱德华哈里森提出了一种动物园假说+狂战士假说的混合体的假说。
任何致力于对其他世界进行殖民的文明都有自我毁灭的倾向，这种好斗的天性与星际旅行所需的巨大技术力量相结合是不稳定的。这样的文明会在殖民其它恒星之前就自我毁灭，只留下爱好和平的文明。
假设一个外星文明以某种方式找到了一种方法，可以在避免自我毁灭的同时发起对其他行星系统的侵略性殖民。只需要一个这样的案例，我们的银河系就会到处都是好战文明的殖民地。
但哈里森提出了一种似是而非的备份机制，在自我调节控制机制失效的情况下发挥作用。他提议，银河系中最先进的文明会注意到任何显示出发起银河征服运动迹象的新兴世界，并将其扼杀在萌芽状态。先进的智能可能会像我们看待致命病毒流行病的爆发一样看待整个银河系自我复制殖民地呈指数扩散的任何前景。他们会有充分的理由，大概也有能力，
银河系中可能存在许多高度进化的文明，可能有着比我们强大得多的技术，用于我们几乎无法想象的目的。但哈里森的监管机制应该可以防止任何文明无情的殖民浪潮吞噬银河系。
大多数情况下，我们星球上占主导地位的文明属于领土扩张型，因此正走向自我毁灭。只有当我们能够明智地调节我们痴迷于成长和自我毁灭的倾向时，我们的文明才有可能存活足够长的时间以实现星际交流。
总而言之，狂战士假说和它的衍生假说都充满了看起来能行，但仔细思考却存在很多毛病的漏洞，它们也许是真的，但当前的证据不太支持他们的这种假设。
③没必要来
夏眠假说 （Aestivation hypothesis） 是Anders Sandberg等人于 2017 年提出用来解释生产费米悖论的假说。先进的外星文明可能正在储存能量和冬眠（在高温而不是寒冷时冬眠），直到宇宙冷却以更好地利用储存的能量来执行某些任务。
先进的外星文明可能具有与人类截然不同的意图。如果意图是创造大量的「快乐」，那么可以使用能量资源来生成「最大快乐」的完美计算机模拟。如果意图是寻求真理，资源可能会集中在信息存储上。这样的文明可能不会扩张到整个银河系，他们会保持休眠状态 ，直到宇宙的条件更有利于实现他们的目标。
随着宇宙变冷，根据朗道尔原理，储存能量产生的潜在功可以增加 1e30倍。如果先进文明的目标是最大化完成的计算数量，为大规模生产模拟等任务生成信息处理，那么夏眠将有助于实现这一目标。
Charles H. Bennett 等人随后发表的一篇论文对该理论提出了质疑，他们声称在宇宙历史的后期可以进行更多计算的观点是基于对计算物理学的误解。
夏眠假说是一种存在很多缺陷的假说，不能当做现实情况。
飞升假说（Transcension hypothesis） 提出当一个文明足够先进时，它将会离开我们所处的宇宙，并进入一个新的宇宙。这种理论的基础是，随着科技发展，外星文明将会掌握越来越多的技术，并最终学会如何进入其他宇宙，而其它宇宙会比本宇宙更有吸引力，因此它们都跑了。
这个假说是由John Smart于2011年提出 [9] 。
它并不能作为实际的科学理论。它假设了许多未知的因素，并无法经过科学实验进行验证。
闭关锁国假说（Self closed hypothesis） 是一个大类，具体来说它包含很多的对外星文明故步自封的解释。
例如，外星文明很可能通过把自己思维上传，改造成超低能耗的个体计算机，蜷缩一隅，独自享乐,与世无争。
或者认为自己足不出户却已经天下无敌，就像古代封建王朝的闭关锁国政策一样。
上述的这些假说的「必然性」基于太多的假设，我无法接受。为了使这些假说成立，不仅银河系中的所有高级外星文明都必须步调一致，邻近星系中的所有文明也必须如此，早期星系也同样如此。
事实上，这些假说要求所有邻近星系中所有文明都以相同的方式发展。当环顾四周时，如果真存在大量高级外星文明，我们应该看到的是偶然性而不是趋同性。
第三类解释 很少有高等外星文明
新灾变论（Neocatastrophism） ，即伽马射线暴等生命灭绝事件在银河系宜居带 中出现复杂生命 时充当了银河系调节机制。它是解决费米悖论 的几个建议解决方案之一，因为它提供了一种机制，这些灭绝事件可以阻止或推迟能够进行星际通信和旅行的复杂生物的出现。
据估计，银河系中的类地行星在 90 亿年前开始形成，它们的中位年龄为 64 ± 7 亿年。此外，银河系宜居带中 75% 的恒星都比太阳更古老。这使得具有进化智能生命的潜在行星的存在更有可能比地球 ( 45.4亿年 ) 更古老。
超新星 (SNe) 和伽马射线暴 (GRB) 被认为是最强大的宇宙事件之一，它们对生命具有高度破坏性：它们的辐射可能对生物群有害或通过移除大部分臭氧层而导致生物灭绝。
邻近空间中发生的高能瞬变天体物理学事件已被提议作为地球上大规模灭绝的可能触发因素。一篇2020年的研究评估了银河系在其整个宇宙历史中的宜居性 [10] ，来确定银河系中最安全的地方和时代。
直到大约 60 亿年前，尽管 灭绝事件 的密度相对较低，但银河系外围还是最安全的居住地。在过去大约 40 亿年里，距离中心 2 到 8 kpc 的区域具有较低的 灭绝事件 密度，成为相对安全的生命发展的最佳场所。
太阳系附近大约每5亿年一次灭绝事件，上一次是在几千万年前。
每5亿年的发生的灭绝事件数和行星距离银河中心的距离（1 kpc 约等于 3261.6光年）和行星年龄的关系。 阴影轮廓（对应于绿色、黄色和红色条）显示了在整个宇宙历史中每 5亿年（500 Myr） 的致命事件（伽玛射线暴+超新星爆发）的数量与距银河中心（x 轴）的距离的关系 。 等高线（对应于蓝色色条）显示了 M 型星（实线）和 FGK 型星（虚线）的行星的密度。
长子假说（Firstborn hypothesis） 认为没有发现地外智慧生命，是因为人类是宇宙中智慧生命的第一种形式。
这一假说认为人类在宇宙中是孤独的（或者是银河系中出现的第一个智慧物种）。基本上，它假设宇宙存在于一种不平衡状态，在自然规律影响下，宇宙已经从不利于生命存在状态转变为有利于生命存在的状态。因此，人类在宇宙的过渡阶段还活着，随后将出现许多智能物种。
虽然很难确定长子假说的确切来源，但多年来进行的许多研究都暗示了这一前提。一个很好的例子是Lawrence Bracewell 1982 年的研究「Preemption of the Galaxy by the first advanced civilization.」 [11]
长子假说是Hart-Tipler 猜想 的一个特例（该猜想认为缺乏星际探测器的证据表明宇宙中不存在除人类以外的智慧生命），它断言一条与时间相关的外星文明发现曲线。
长子假说也是稀有地球假说 的一个特殊的时间相关案例，只不过它指出创造智慧生命的条件极其稀有，但不明确说明理由。
智能设计论 （Intelligent Design Creationism） 是一种宗教观点，它认为宇宙和生命的复杂性只能由智慧和有意识的设计者造成。这个观点与传统的进化论相对立，并且在科学界中非常有争议。与传统的创造论不同，智能设计论 并不明确提到设计者的身份，而只是暗示它是某种高级的智慧体。
有人认为智能设计论的证据是 微调宇宙假说（Fine-tuned universe） ，它认为宇宙的参数和物理常数都调节得非常精确，使得宇宙变得适合于孕育生命。这个理论被用来解释为什么宇宙中存在生命，并且与 智能设计论 的观点有些相似，因为它也暗示了宇宙是由某种有意识的设计者创造的。然而，微调宇宙假说只是一种纯粹的科学理论，并不涉及宗教信仰。
据科学家们所知，许多物理常数的微小变化都会导致宇宙发生根本性的改变。比如，如果某个物理常数的值略微增加，那么这些变化可能会阻止恒星聚变，排除诞生出生命的可能性。尽管我们还不确定有多少物理常数会对宇宙产生影响，但我们知道它们需要非常精确地调整才能使宇宙成为支持生命的形态。
例如，氦聚变成碳时，霍伊尔态必须进一步微调到 7.596 和 7.716 MeV 之间的值。一个类似的计算，重点关注产生各种能级的基本基本常数，得出的结论是强力 必须将精度调整到至少 0.5%，并将电磁力调整到至少 4% 的精度，以防止碳或氧聚变产量显着下降。 [12]
一对质子之间的电磁力与引力之比，约为 1e36。如果它小得多，那么只能存在一个小而短暂的宇宙。 [13]
有些人认为这种巧合意味着存在一个类似于「上帝」的角色，设计了如此巧妙的宇宙，安排了一系列几乎不可能的巧合，使得我们是宇宙中唯一的文明。
我个人比较赞同的一种是 大过滤器假说 。
大过滤器是美国乔治梅森大学 的罗宾·汉森 （Robin Hanson）试图解答费米悖论而提出的假说 [14]
大过滤器假说认为 人类之所以没发现外星文明 是因为 外星文明的发展会碰到很多过滤器，
这些过滤器有大有小，对于不同的文明的过滤器是不一样的，对人类文明可能是小过滤器，对其他文明便可能是大过滤器，反之亦然。
只要文明发展到一定的阶段后，便会停滞不前，直到迎来灭亡，也就是触发大过滤器。
打个比方的话，东亚各文明相对于印第安文明来说就是通过了它的大过滤器，印第安人受限于 制度、马匹、瘟疫抵抗性等资源的不足，让它被外来文明（西方各文明）屠杀，这就是它的大过滤器。
印第安文明相对于非智人种的文明就是通过了它的大过滤器，非智人种的 人类 在 几万年前消逝在时间长河之中，或死于气候变化，或死于智人屠杀。
在外星文明看来 人类文明可能也是像印第安文明这样 缺乏某些方面的东西却不自知，直到撞到一堵不可名状的墙上，迎来灭亡。
从这一点来说，人类能认识到自己哪些地方存在无知和匮乏才是最大的良药，远比张口闭口我就是宇宙之王，是世界上最强的文明要有用多了。
「弱小和无知不是生存的障碍，傲慢才是。」这句话是错的。
傲慢或怯弱不是生存的障碍，无知才是。
被更强大者灭绝是无知的酿造的错，只要你心灵手巧又不无知，生命总会找到出路。
汉森 把从没有生命的荒芜之地到扩张性的星际文明 的演进，大致划分成如下9个阶段：
- 合适的行星 系统（存在有机物 以及可能宜居的行星）；
- 可自我复制的分子 （比如RNA ）；
- 简单（原核 ）单细胞 生命；
- 复杂（真核 ）单细胞生命；
- 有性生殖 ；
- 多细胞 生命；
- 脑量较大、使用工具的动物；
- 诞生工业文明，我们目前在这个阶段；
- 星际殖民扩张。
汉森认为，目力所及的宇宙寂寥无人这一事实说明，上述9个阶段——或者可能被细分出的更多阶段中，至少有一个阶段是难以实现的。无论是什么因素在哪个步骤阻止了第9个阶段的最终实现，它都被称为「大过滤器」。
首先值得人类关心的问题是，大过滤器究竟是在什么位置起作用。如果它位于第8步之前，我们可以额手称庆自己已经挺了过来，美好的未来还在前面，而且既然地球能够做到，便没理由认为其他行星不会抵达我们的阶段乃至更进一步。如果它恰恰位于第8步和第9步之间，则意味着生死考验还在后头。有鉴于尚未发现其他文明抵达了第9步，我们或许不该对自己的命运太过乐观。
我们可以通过一些比较苛刻的条件来筛选哪些我们通过的小过滤器，这些条件中很重要的就是能诞生文明的复杂生命的诞生和发展需要什么样的环境。
复杂生命的诞生很可能需要满足非常罕见的条件，或者说地球是独特的。这种观点被称为稀有地球假说 ，它通过定量的和统计的证据来说明多细胞生物在宇宙中是极其罕见的，因为和地球类似的行星非常少，或者说很多不可能的巧合都集中在地球上让智慧生命的诞生成为可能。尽管有人指出复杂生命可能会按照不同于地球的其他方式进化，但是从地球的漫长历史来看，只有一个物种发展出了技术文明并能实现太空飞行和无线电技术，这让技术文明在宇宙中是罕见的观点更为可信。 此外，从初级生命到人类的这段充满未知的过程中，原核生物到真核生物和单细胞生物到多细胞生物再到大型动物再到智慧生物的进化，发生的概率也可能非常小。大部分行星不稳定，更复杂的生命需要严格控制温室效应才能确保行星表面环境稳定并且宜居。
有可能也许智慧生物是普遍存在的，但是工业文明却相反。例如，地球工业文明的出现是因为方便易得的能源，例如化石燃料。如果这种能源稀缺或不存在，那么智慧生物要发展到能够进行外星对话的程度就会困难很多。除了能源，还有其他因素也可能阻碍工业文明的发展，例如自然灾害和社会冲突。这些因素都会导致工业文明在宇宙中是罕见的。
稀有地球假说认为，生命的起源和生物复杂性 的进化，如地球 上的有性生殖 、多细胞生物 （以及随后的人类智能）需要天体物理学 和地质 事件和环境等因素的几乎不可能地配合，这个概率非常低。
而最普遍同意的大过滤器是生命的诞生：通过随机发生的化学过程增加第一个自我复制分子的复杂性的渐进过程。其他提议的大过滤器是真核细胞的出现 或通向 复杂生命的关键进化或涉及能够进行复杂逻辑推理的大脑进化的某些步骤。 [15]
上述的这些关键过滤器都与稀有地球假说提出的观点不谋而合，即地球的条件是稀有的，智慧文明的诞生需要一个几乎不可复制的机遇，可以说稀有地球假说是大过滤器假说的一部分。
有很多证据可以支持大过滤器与稀有地球假说。
中型旋涡星系是本宇宙最常见的星系体量，占所有星系60～75%，银河系就是典型的中型旋涡星系。巨型椭圆星系只是少数派星系，至于超巨型椭圆星系更是极少数。
根据当前的星系演化理论，根据韦伯和哈勃等望远镜的观测，早期的星系大多是矮星系，相比今天的许多星系，它非常小，星系缺乏高速自转，导致恒星密度很高，大都直径只有几千光年之内，拥有几千万至数十亿颗恒星。
恒星诞生后几代就耗光了气体，诞生了大批量红矮星，银河系外面的矮星系看起来都死气沉沉。
不过大多数早期星系都会发生互相吞并，多个矮星系合并为一个较大的星系，合并速度因为宇宙膨胀的原因，越来越慢。星系合并搅动了星系内的气体云，给新恒星的诞生提供了条件，因此我们可以看到整个宇宙恒星诞生的速率是个曲线，早期越来越快，到达临界点后，逐步下降。 现在正处于恒星诞生速率的下降阶段，只有最高时的3%，宇宙已经产生了95%以上的恒星。 [16]
而像地球这样富含金属 适合诞生生命的行星、太阳这样的恒星、银河系这样的高金属丰度棒旋星系 其实在宇宙中都算比较稀有。
超新星爆发等方式产生合适金属元素的星云，坍缩产生成恒星托儿所，产生一批在星系合适位置上拥有能诞生生命的行星的合适恒星系 。
随着宇宙年龄增长而逐步提高，直到新恒星诞生速率下降到很难诞生新恒星为止，也就是说生命诞生的概率是有个峰值的。
我们目前尚不确认这个峰值是不是就是现在，但金属度越来越高会让行星中的铁和衰变元素越来越多，会诞生更多木星和海王星，减少类地行星的诞生几率 ，但就目前的观测来看 太阳差不多金属度的恒星系 最早的那一批 诞生在 80亿年前，比太阳早诞生约40亿年 。
银河系很可能是在最近80亿年内才开始出现适合诞生工业文明的环境，对于宇宙这个时间可能会更早一些，但最多早到100亿年前开始出现适合诞生工业文明的环境，可观测宇宙中起码有1e24 颗恒星，银河系的恒星数量在 2e11 ~ 5e11 颗之间，地球为中心，直径1亿光年的球形范围内的本超星系团的恒星数量起码有 1e15 颗。
假如一切顺利从行星诞生到发展出工业文明至少需要25亿年，其中绝大多数时间用来形成诞生生命的环境和产生氧气，地球诞生后花了近1亿年才产生利于原始生命诞生的环境，地球上的光合作用花了近10亿年才让饱和大量金属物质，让海洋富含氧气，再花15亿年时间让地表大气中的氧气浓度提升到15%，产生利于大型异养型生物诞生文明的环境。然后花了5亿多年从多细胞生物演化出智慧文明。这里我们直接省略从多细胞生物到智慧文明的发展时间。
按当前人类已知的物理学、化学、生物学等理论来分析会发现诞生工业文明以上级别的文明的条件极为苛刻，一个类似银河系这样大小的星系，只有非常小的概率诞生工业文明，人类真的很巧 。
虽然宇宙中可能已经有存在超过十几亿年的文明，但我们很可能是银河系第一批文明，甚至宇宙第一批文明，因为我们可能已经走过了大部分过滤器，只要我们接下来继续探索周围几万光年的恒星系，并建设大量超巨型望远镜，一个个打点观察恒星系中的行星，确定周围没有多少和我们目前水平接近 具有富含氧气大气层的行星，那么基本可以确定这个结论。
银河系发现生命概率的计算公式
估算「文明数量」的公式叫德雷克公式:
N=R_{*}\times f_{\mathrm {p} }\times n_{\mathrm {e} }\times f_{\mathrm {l} }\times f_{\mathrm {i} }\times f_{\mathrm {c} }\times L_{\mathrm {}}
这些参数的值存在相当大的分歧，但 Drake 和他的同事在 1961 年使用的「有根据的猜测」是：
将上述最小数字放入方程中得出的最小 银河系文明数量 为 20 。放入最大数字 可以得到 50,000,000。德雷克表示，考虑到不确定性，最初得出的结论是 银河系 中可能有 1000 到 100,000,000 颗行星具有文明。
对德雷克方程感兴趣的可以去这个网站下自己算。
但上述数据随着之后的研究，发现并没有那么高，德雷克方程正在逐渐过时，随着天文望远镜的发展，高等文明可以利用天文望远镜观察其它行星的大气层情况，单向观察其它文明的活动，完全不需要费力去建设射电望远镜。
2016 年，亚当弗兰克和伍德拉夫沙利文修改了德雷克方程，以确定在给定的宜居星球上出现工业文明的事件的可能性有多大，从而得出地球拥有 有史以来唯一出现 的工业文明的结果，因为两个案例：银河系和整个宇宙。通过提出这个不同的问题，可以消除生命周期和同时通信的不确定性。由于今天可以合理地估计每颗恒星的宜居行星数量，德雷克方程中唯一剩下的未知数是宜居行星在其生命周期内发展出工业文明的概率。为了让地球拥有宇宙中唯一出现过的工业文明，他们计算出任何给定的宜居星球发展出工业文明的概率必须小于 2.5×10^{-24} 。同样，地球是银河系历史上唯一文明的案例，宜居行星拥有工业文明的几率必须小于 1.7×10^{-11} （约600亿分之一）。宇宙的数字意味着地球极不可能拥有曾经发生过的唯一文明。
另一方面，对于银河系，人们必须认为 600 亿颗可能存在的宜居行星中只有不到 1 颗能发展出工业文明，因为在银河系中，至少没有比人类早诞生10亿年超过工业文明的星际文明，不然银河系内的比我们高级的星际文明早就开着0.1%光速以上（300km/s以上，人类未来几百年内就可以做到）的电推和核裂变飞船，到处殖民了。 [17] [18] [19]
天文学家萨拉·西格（Sara Seager ）提出了一个修正方程，重点是寻找具有生物特征气体的行星。这些气体是由生物体产生的，可以可以用太空望远镜检测出达到一定浓度的气体成分。 [20]
{\display style N=N_{*}\times F_{\mathrm {Q} }\times F_{\mathrm {HZ} }\times F_{\mathrm {O} }\times F_{\mathrm {L} }\times F_{\mathrm {S} }}
稀有地球假说提出了一个用于计算银河系中具有复杂生命形式的类地行星的数量方程。 [21]
{\display style N=N^{*}\cdot n_{e}\cdot f_{g}\cdot f_{p}\cdot f_{pm}\cdot f_{i}\cdot f_{c}\cdot f_{ l}\cdot f_{m}\cdot f_{j}\cdot f_{me}}
稀有地球假说和西格的计算公式，各有优点，但在许多细节之处仍然值得改进，所以我下面的计算公式略有不同。
鉴于已知的技术物种演化的历史和相关的天体生物学推理，本文提出了一个易于检测并能定量分析和估计星系中有潜力发展出星际文明的技术物种的行星数量的方程。
N=N^{*}\cdot f_{g}\cdot f_{sl}\cdot f_{m}\cdot f_{age}\cdot f_{s}\cdot f_{j}\cdot f_{ab}\cdot f_{p}\cdot f_{pt}\cdot f_{moon}\cdot f_{pt}\cdot f_{no}\cdot f_{t}
注：
（1）星系宜居带的需要考虑到恒星密度、超新星爆发等天体物理学灭绝事件密度在时间上的分布、星系化学演化、旋臂结构演化等影响。
（2）元素丰度合适区间指的是 该恒星光谱中显示的各元素丰度需要在各 K/U比、Al 26丰度、α/Fe、Fe/H、Mg/Si、Mg/Fe、Mg/Na、Mg/Ca上满足一定要求，该元素丰度下脱挥发校正后的宜居行星，在火山频率与频度、地磁发电机、板块运动、陆海风化率、地幔脱气率、陆壳海壳演化等因素上，足够支持有氧呼吸大型动物的稳定演化。
（3）显生宙起始年龄与结束年龄主要受恒星的光度变化影响，与恒星的质量、金属丰度、自转速率有关。
平庸原则是一种哲学观念，即「如果一个事物是从几个集合或类别之一中随机选择的，那么它更有可能来自数量最多的类别，而不是来自数量较少的类别中的任何一个」。鉴于已知的技术物种演化的历史和相关的天体生物学推理，本文提出了一个易于检测并能定量分析和估计星系中
打个比方的话，就是你抽奖最容易抽中比例最大的物品。根据已知的科学规律来推算，人类这种智慧生物的形成智慧的机制是宇宙智慧生命形式的平凡形式。
该原理表明，太阳系的演化、地球的历史、生物复杂性的演化、人类的演化或任何一个国家的兴衰都没有什么不寻常的地方。它有时被用作关于人类地位的哲学陈述。这个想法是假设一种事物是的平庸，而不是假设一种现象是特殊的、例外的，被神眷顾的。
平庸原则表明，鉴于已知理论和观察所得出的结论，如果生命存在于宇宙的其他地方，它通常会存在于太阳系2.0中。这一点我们通过天体生物学相关的分析很容易就能分析出。
你之所以诞生在银河系，诞生在太阳系，诞生在地球上，诞生在这个时间段，是因为根据这些条件最容易诞生或者说最适合诞生出你。
所以我们要思考，为什么我们人类是在这个时间，在这个星系诞生。
现在让我们基于前面说到的 大过滤器之所以存在是因为缺少某种资源，只要资源给足，猪都能飞起来 的推论， 根据我们拥有的资源 来粗略计算银河系 甚至宇宙中究竟能诞生多少工业文明 。
一 ：合适的环境
能在现在找到的原生生命的诞生和文明的发展需要有一个稳定和重元素充足的环境
1.需要有一个位于星系宜居带的低于1.3个太阳质量的第一星族的单恒星系
①银河系宜居带内
类似银河系的棒旋星系由几个部分组成：
根据密度波理论，旋臂是在密度波内部产生的，这些密度波以与星系盘中的恒星不同的速度围绕星系旋转。
你可以把密度波理解为堵车，恒星在密度波中堵车导致出现星系的旋臂结构。
由于引力对致密物质的吸引力，恒星和气体聚集在这些致密区域，尽管它们在旋臂中的位置可能不是永久性的。
当它们靠近旋臂时，它们被重力拉向致密物质；当它们穿过旋臂时，它们会因相同的引力而减慢退出速度。这尤其会导致气体在密集区域聚集，从而促使气体云坍塌，从而形成恒星 。
在天体生物学 和天体物理学 中， 银河系宜居带 是银河系中最有可能发展生命的区域。更具体地说，银河系宜居带的概念结合了各种因素，例如金属丰度和超新星 等重大灾难的发生率，以计算银河系的哪些区域更有可能形成类地行星 ，发展出简单的生命，以及为生命的进化和文明的发展提供适宜的环境。根据 2015 年 8 月发表的研究，非常大的星系可能比银河系等较小的星系更有利于宜居行星的出现以及文明的发展。 [22]
对于银河系来说，银河系宜居带通常被认为是一个外半径约3.2万光年、内半径接近银河中心的环形空间 ，两者都缺乏硬性边界。
然而，银河系宜居带理论由于无法准确量化使银河系区域有利于生命出现的因素而受到批评。此外，计算机模拟表明，恒星可能会显著地改变它们围绕银河系中心的轨道，因此至少挑战了银河系某些区域比其他区域更能维持生命的观点。
从 1970 年代开始，行星科学家和天体生物学家开始考虑生命的创造和维持所需的各种其他因素，包括附近的新星可能对生命发展的影响。 [23]
银河系中明显缺乏外星文明可以解释为银河系曾经出现过 银河系中心吸积很多恒星气体，银河系中心黑洞变为类星体的事件，即银河系变成一个赛弗特星系，黑洞激活形成的类星体释放的辐射杀死了距离黑洞几千光年内的所有文明，仅地球就因其在银河系中的位置而免受这种辐射的影响。
银河系恒星金属量从银河系悬臂的内侧到边缘依次递减，这表明虽然银河系中心的恒星第二星族的红矮星多，金属度低，但越靠近银河系中心的盘面内侧，之前的第二星族恒星密度越高，大质量恒星和中子星出现的概率也越大，这明显拉高了后期出现在银河系各悬臂上的恒星的金属度，但这不代表银河系中心出现文明的概率就高，银河系中心天体密度非常高，伽马射线爆非常频繁，在这种恒星级扫荡下，文明形成需要的安稳条件几乎没有，更何况由于恒星大部分为第二星族，金属含量非常少，能形成孕育生命的岩质行星的概率也是非常低。
除了位于银河系中对生命发展有利的化学区域外，恒星还必须避免过多的灾难性宇宙事件，这些事件有可能损害其原本宜居的行星上的生命。例如，附近的超新星有可能严重危害行星上的生命；这种灾难性的爆发频率过高，有可能使银河系的某个区域数十亿年内无法诞生文明。例如，银河系的核球经历了极快的恒星形成的初始波，引发了一连串的超新星，在 50 亿年内使该区域几乎完全无法发展生命。
恒星密度越高，超新星爆发几率也越高，超新星爆发很容易就清除周围几百光年的文明，银河系中心是明显不适合文明发展的，平均恒星密度是太阳附近的几千倍到几百万倍，只有偏外围的旋臂区域才有较低的超新星爆发密度和较多上一代超新星爆发吹来的重元素。
如果以每立方光年的星体数量来算，我们太阳附近每立方光年的空间中平均只有大约0.004颗恒星，通常认为球状星团中的恒星密度比较高，那里的恒星密度约为每立方光年2颗恒星，相当于太阳附近空间恒星密度的500倍。
在银心周围比这个密度还要高，天文学家观测发现在银河系最中心每立方光年有28.9万颗恒星，比我们太阳系附近的恒星密度高了7200万倍。
除了超新星、伽马射线爆发、过量辐射、引力扰动和各种其他事件，已经提出影响银河系内生命的分布。有争议的是，这些提议包括诸如「银河潮汐」之类的提议，这些提议有可能引发彗星撞击，甚至是穿过生物体并引发基因突变的暗物质冷体然而，其中许多事件的影响可能难以量化。
现代银河宜居带理论由 LS Marochnik 和 LM Mukhin 于 1986 年提出，他们将宜居带定义为智慧生命可以蓬勃发展的区域。
2000 年出版的 英文版【稀有地球：为什么复杂生命在宇宙中罕见】一书中扩展了银河宜居带的概念，以及复杂生命出现所需的其他因素。那本书的作者使用银河宜居带等因素来论证智慧生命在宇宙中并不常见。
2001 年的研究提出，银河系晕附近的区域将缺乏产生宜居类地行星所需的较重元素，会限制银河系宜居带的大小。然而，太靠近银河系中心会使一颗原本宜居的行星暴露在众多超新星和其他高能宇宙事件中，过高的恒星密度会对恒星的奥尔特云扰动，产生过多的小行星撞击事件，核球中恒星的轨道通常比较混乱，不像银盘上的恒星具有稳定的公转轨道。
最近的研究表明，银河系核球中恒星的化学成分与在太阳系附近发现的厚盘星的化学成分相同（Rojas-Arriagada et al，2014；Bovy et al，2019.）,大多数 [Fe/H] 在太阳的10%，不能够诞生类地行星。虽然许多银河系核球中的恒星，大约 50% 的 −0.5 < [Fe/H] < +0.5 的在太阳 [Fe/H] 附近恒星，似乎因银河系大约 90-100亿年 前的一次合并事件而诞生， 但年龄 小于 50亿年的这些高金属丰度的最年轻的恒星实际上是在9000光年（3kpc）的核球之外发现的。
因此我们应该在银河系的核球之外的薄盘上寻找有类地行星的富金属度恒星。
为了将银河系中的某个位置确定为银河系宜居带的一部分，必须考虑各种因素。这些包括恒星和旋臂的分布、活跃的星系核的存在与否、附近可能威胁生命存在的超新星的频率、该位置的金属丰度以及其他因素。如果不满足这些因素，银河系的一个区域就无法有效地创造或维持生命。
恒星周围存在生命的最基本要求之一是该恒星能够产生足够质量的类地行星来维持它。产生宜居行星需要各种元素，如铁、镁、钛、碳、氧、硅等，而这些元素的浓度和比例在整个银河系中各不相同，每颗恒星的元素丰度或多或少都有些不同，我们可以分析恒星光谱中的吸收线来解析恒星的元素丰度，可以认为元素丰度是恒星的DNA，记录了它的元素比例，能分析出恒星的年龄、行星属性等信息。
一个重要的元素比率是[Fe/H]，它是决定银河系某个区域产生类地行星的倾向的因素之一。星系核球区中心，即最靠近星系中心的那部分核球区，存在大量第二星族恒星和第一星族恒星，其 [Fe/H] 的平均丰度大概是太阳的63%；至于核球的其它部分 只有15%的恒星[Fe/H] 的平均丰度大于太阳的30%。
太阳所在的猎户臂的局部区域，在太阳绕银心的轨道距离处，平均金属丰度为太阳的92%，轨道距离每增加1万光年，金属丰度减少15%。
银河系悬臂的扩展的厚盘的平均 [Fe/H] 为太阳的24%，而银河系晕，距离银河系中心最远的区域，具有最低的 [Fe/H] 分布峰，约为 太阳的3%。
此外，[C/O]、[Mg/Fe]、[Si/Fe] 和 [S/Fe] 等比率可能与星系区域形成 宜居类地行星的能力有关，并且这些 [Mg/Fe] 和 [Si/Fe] 随着时间的推移正在缓慢减少，这意味着未来的类地行星更有可能拥有更大的铁核，意味着宜居带上生成小海王星这样的气态巨行星的可能性提高，生成像地球这样的岩石行星的可能性下降，目前根据统计，宜居带上出现岩石行星的概率和气态巨行星概率大致相等，4比6，气态巨行星多一些。
我们可以反推，46亿年前，太阳系诞生的时候，银河系诞生岩石行星的可能性会比现在要高。
银河系中不同化学丰度的不同星族的恒星的空间结构包含了银河系随宇宙时间演化的丰富信息。
一篇2015年9月的研究使用来自 APOGEE 调查的 14,699 颗红巨星的数据，覆盖 ~4 kpc < R <~ 15 kpc，以确定单一丰度种群恒星 (MAP) 的结构。 [24] 大多数具有高 [α/Fe] 的 MAP 和其他类型的恒星都集中在薄盘上。低 [α/Fe] MAP 的分布很复杂：它们不会单调向外减少，而是在低 [Fe/H] 时显示从 ~5 kpc 到 ~13 kpc 的峰值半径。星族的径向结构和化学富集年龄之间的对应关系清楚地证实了银盘由内而外的增长。这些关系的细节将限制整个银盘中恒星形成的物理条件的多样性。
除了构成类地行星质量的各种稳定元素的特定数量外，还需要大量的放射性核素，例如40 K、235 U、238 U 和232 Th，以加热行星的内部并为维持生命的过程提供动力例如板块构造、火山作用和地磁发电机。[U/H] 和 [Th/H] 比率取决于 [Fe/H] 比率；
由于放射性同位素（主要是钾 40）在其内部衰变，地球内部很热。这种加热推动了板块构造、海洋裂谷物质的上涌、大陆边缘的俯冲以及大陆的漂移。最近已经意识到，这种作用对地球气候中的温度偏移具有缓和影响。当温度升得太高时，板块构造会导致二氧化碳被捕获到岩石中，从而减少温室效应并产生降温。当温度下降时，情况恰恰相反，进入岩石的二氧化碳减少，导致变暖。没有板块构造的行星将缺乏这种被称为碳酸盐硅酸盐循环的温度调节机制。没有稳定的温度，复杂生命的进化就变得更加不可能。
即使在一个有足够放射性同位素来加热其内部的宜居星球上，也需要各种物质才能产生生命。因此，这些分子在银河系中的分布对于确定银河系宜居带很重要。 Samantha Blair等人在 2008 年进行的一项研究试图通过分析散布在银河系中的各种巨型分子云的甲醛和一氧化碳的丰度来确定银河系宜居带的外缘；然而，这些数据既不确凿也不完整。
虽然高金属丰度有利于类地系外行星的产生，但过量金属丰度可能对生命有害。过量的金属丰度可能会导致给定系统中大量气态巨行星和超级地球的形成，这些行星随后可能会从行星系统的霜线以外迁移到宜居带内，扰乱原本位于宜居带的宜居行星的轨道。
因此，低金属丰度系统根本不可能形成类地质量行星，而金属丰度过高会导致大量大质量行星的轨道迁移，扰乱系统的轨道并改变系统中原本宜居行星的宜居性。
银河系宜居带的早期研究，指出该地带是银河系的既富含金属又不受过度的辐射的环带，这种星系宜居带恒星更有可能出现在银河系的薄盘中，后来 Lineweaver 及其同事在 2004 年进行的研究确实为这个环形空间创造了边界，以银河系为例，它距离银河系中心的距离从 12000光年 到 32000光年（3-10 kpc）。
Lineweaver 等人还分析了银河系宜居带随时间的演变，例如，发现 靠近银河系核心的恒星必须在大约距离今天约 20 亿年的时间窗口内形成，才能拥有宜居行星 。 在这个窗口之前，不可能有在频繁超新星事件下还生机勃勃的行星 。
2019年的一篇研究提出的银河系宜居带的详情信息如下图所示。 [25]
一个宜居的行星系统必须保持其有利的位置足够长的时间，以便复杂的生命进化。具有偏心（椭圆或双曲线）率的银河系公转轨道的恒星将很快通过一些旋臂，即恒星密度高的不利区域，会导致灾害频发；因此，能发展出智慧生物的恒星必须有一个近乎圆形的环绕银河系中心公转的轨道，恒星的轨道速度和旋臂的轨道速度密切同步。这进一步将银河宜居带限制在距银河中心相当窄的距离范围内。冈萨雷斯等人的早期研究估计银河系中最多有 5% 的恒星落入银河系宜居带。Lineweaver 等人计算出这个区域是一个半径为 7-9kpc， 2.28万光年 到 2.93万光年的环，包括银河系中不超过 10% 的恒星，大约有 20 到 400 亿颗恒星。 [26]
银河系宜居带内的恒星数量可能只有整个星系恒星数的10%。
②合适的恒星类型
根据观测银河系中有1000~4000亿颗恒星，但其中 77%左右 都是寿命超过300亿年的红矮星（太阳质量的8%~50%），13%都是寿命为150亿至300亿年的橙矮星（太阳质量的50%~80%）。以及7%的寿命在80亿到150亿之间的黄矮星。还有3%的寿命在55亿年以下的蓝矮星。
G型黄矮星和K型橙矮星是最适合生命诞生的恒星类型，但只在银河系恒星数量中占20% ，
K型和G型恒星具有较大的宜居带和较稳定的光照时间，相比之下红矮星的宜居带非常靠近恒星且很窄，容易造成潮汐锁定和恒星耀斑袭击，行星诞生生命的窗口可能只有几千万年，而黄矮星之上质量的恒星，则恒星光度变化太快，宜居带的变化很容易让行星错过诞生生命的窗口期，就像当初靠近太阳宜居带的金星一样。
F8型到K2型恒星是条件相对接近太阳的恒星。 最具有能诞生复杂生命的可能性，银河系宜居带中占比大概10%。
③第一星族恒星中金属度位于大于-0.1 dex的恒星
已知宇宙年龄大概在138亿年。
宇宙诞生40万年之前，由于温度比较高，导致大部分星云还没有开始产生恒星，那个时候最多的是大大小小的原初黑洞、稠密的星云物质以及暗物质网，它们构成了今天宇宙的骨架，各星系围绕着暗物质网和超大质量黑洞慢慢长大。
宇宙诞生40万年之后，开始有恒星慢慢从星云中诞生，宇宙中的恒星按年龄共分为三类，分别为第一星族星（富金属星），
第二星族星（贫金属星），
第三星族星（欠金属星）。
这里的金属指的是比氢和氦更重的所有元素。由于这些物质往往只能由恒星核聚变与超新星爆发形成，所以通过观测恒星的金属量就能分别恒星的星族，进而判断恒星出现的时期。
不具体说明的时候，金属度一般指的是铁与氢的比值，即[Fe/H]。太阳的[Fe/H]=0.0122，一般我们用其它恒星相对太阳金属度的十进制对数（dex）来形容其它恒星金属度。
即 10的-0.1次方约等于0.7943，即-0.1 dex的金属度 约等于太阳的 79.43%。
从早期原始星云出现的所有恒星都是第三星族星（欠金属星）。
早期的星系往往具有很高的恒星密度和光度。
由于第三星族星最多聚变到铁就爆炸了，来不及生成大量重元素,由于大部分第三星族星的非核心的外层几乎不含重元素，当大质量恒星光致蜕变产生黑洞时，核心外的重元素几乎都会被吸进黑洞。
2022年的一篇研究显示，对于中等质量的红巨星，越小的金属丰度，超新星爆发产生的比铁轻的元素的比例越高。它们可以激活 NeNa 循环和 MgAlSi链.这导致大量 CNO元素 的对流到核心外，典型的 [N/Fe] > 4)，以及元素丰度 [N/Fe] > [C/Fe] > [O/Fe]。 [27]
II 族恒星的一个特点是，尽管它们的整体金属丰度较低，但与 I 族恒星相比，它们相对于Fe的「α 元素 」（由α 过程 产生的元素，如O 和Ne ）的比例通常较高；目前的理论认为，这是由于II 型超新星 在其形成时对星际介质 的贡献更大，而Ia 型超新星 金属富集出现在宇宙发展的后期。 [28]
综上所述，第一星族恒星释放质量的重元素比例很少，而大部分早期诞生的第二代恒星就是生成在这些大质量恒星死亡形成的星云上，这让之后的恒星更难攒够金属量能被我们称为第二星族恒星。
今天宇宙中第二星族星根据观察来看普遍要出现在宇宙诞生3-20亿年后，距离今天约135-120亿年以前。第二代恒星已经被科学家发现了许多，在银河系的中心区域的球状星团内，有大量形成于100多亿年前的古老第二星族星恒星。
就银河系的恒星数量和寿命这些条件来说基本不可能有第二星族的恒星能攒到足够的重元素开启生命的演化，就算有存在能在这种条件上发展的文明，它们一定缺少足够的可裂变和稀土元素，难以开启核裂变和电动机这种依赖上述两类元素的科技树。
第一星族星（富金属星）的恒星系才有几率出现文明 ，因为只有Fe/H ＞ -0.6 dex，金属含量为太阳25%以上的恒星系才会形成宜居带内的岩石行星，第二星族恒星或者古老的、金属度更低的恒星，例如巴纳德星就没被发现存在宜居带以内的行星。
我们生活的太阳，是一颗在银河系边缘的第一星族黄矮星，目前在银河系观察到的大部分第一星族恒星存在于银河系的旋臂里。
第一星族恒星所含金属来源于之前第二第三星族恒星的爆发，很多比氦更的重元素来自于上一代恒星，所以金属丰度明显比较高。太阳的金属含量是1.2%左右。
研究发现，生命所需元素共28种，包括氢、 硼、碳、氮、氧、氟、钠、镁、硅、磷、 硫、氯、钾、钙、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、硒、溴、钼、锡和碘。有很多在第二星族星（贫金属星）的恒星系是非常少的。
超新星爆发曾经一度被认为是宇宙中铁之后重元素产生的主要途径。一般来说，铁之后的重元素主要通过原子核吸收中子并发生β衰变来产生更重的元素。超新星爆发的确可以在较短时期内制造出大量重元素，但 超新星爆发过程中缺乏足量的中子供给，很可能并非是重元素生成的主要途径。
超新星是星际介质中从8号元素氧到37号元素铷的主要元素来源，铁是26号元素。44号元素之后，超过50%的来源是中子星撞击，其余大部分是双星系统中，白矮星吸积伴星到钱德拉塞卡极限，发生的Ia型超新星爆发产生的。
在光谱中产生或看到的元素的理论丰度因各种超新星类型而异。 Ia型超新星主要产生硅和铁峰元素、镍和铁等金属。核心坍缩超新星喷出的铁峰元素数量比 Ia 型超新星少得多，但质量较大的轻α 元素 如氧和氖，以及比锌重的元素。后者对于电子捕获超新星尤其如此。II型超新星喷出的大部分物质是氢和氦。重元素是通过以下方式产生的：核聚变，硫34，氩36 和镍56 之间的原子核在硅燃烧过程中的硅的光致蜕变产生的伽马射线下吸收光子能量完成聚变 ；对于比铁重的元素，在超新星坍缩过程中快速捕获中子（r过程）。 r 过程产生高度不稳定的原子核，这些原子核富含中子 ，并迅速 β 衰变成更稳定的形式。在超新星中，r 过程反应造成了铁以外元素的所有同位素的大约一半，尽管中子星合并 可能是其中许多元素的主要天体物理来源。
中子撞击的过程将释放出巨大的能量和大量的中子，有潜力在极短时间内制造大量包括金、铂等贵金属元素在内的重元素。2017 年 8 月 17 日观测到的一次重力波事件及随后到来的伽马射线暴，让人类第一次获得了中子星合并是制造重元素主要途径的决定性观测证据。
太阳系的重元素之所以够多很可能是之前中子星撞击造成的结果，而银河系外围中子星密度低，需要比较多的时间才能凑敲在第二第三星族恒星的尸体上，有个双星系统两颗为中子星，两颗星互撞后生成的大量重元素被附近的星云捡到，然后酝酿出 太阳系这种，铼（原子序数为75，主要用于高温高强度合金）以上的超重元素较多的恒星系 。
形成类地行星需要至少 10的-0.4次方，约太阳40% 的金属度（[Fe/H] = -0.4）。
行星大小与主星金属丰度之间的相关性的一种可能解释是，巨行星是由一个岩石核心产生的，该核心从原行星盘中吸积了 H 和 He 气体。然而，原行星盘中的气体会迅速消散（在几百万年内）。原行星盘中的重元素必须以足够快的速度形成岩石核心，以便在气体消失之前将其吸积起来。如果是这样，核心可以吸积 H 和 He 气体以形成低密度的气态行星。那些适度金属丰度（或更少）的恒星（及其原行星盘）在原行星盘中的大部分气体消失后，形成岩石核心的速度更慢，只留下没有气体包层的岩石核心。如果这个解释大致正确，那么地球位于行星的最佳位置，来自原行星盘，其重元素不足以快速增长以吸收大量气体，但足以引发复杂的生物化学反应。
太阳诞生于约46亿年前，相对于第一批第二代恒星大批量诞生的时间已经过去了约70亿年 ，科学家们认为地球上的黄金、铂金和其他重金属元素 可能来自于太阳系诞生前几亿年中子星碰撞的大爆炸。考虑诞生太阳前的那颗中子星生前对应是第二代恒星或第三代恒星的质量至少为大于3倍太阳质量，其寿命最长为10亿年，再加上从星云中诞生新一代恒星往往需要几亿年的间隔期。可以认为太阳是第三代或第四代恒星，且诞生批次非常靠前。
银河系宜居带附近的G 型恒星星金属丰度分布的峰值位于- 0.2 到 0.2 dex 之间.
太阳附近的类太阳恒星大约有60%的概率金属度位于大于-0.1 dex。 [29] [30]
④合适的年龄
具有合适年龄的宜居恒星才会让宜居带上的宜居行星在一定的温室效应下具有合适的温度。支持起大型陆生动物的稳定进化。
高速自转的恒星，往往磁场变化也比较激烈，容易产生恒星耀斑和和恒星斑，产生更高水平的紫外线。
星斑 是恒星表面磁场活动强烈的区域。（在太阳 上，它们被称为太阳黑子 。）
通过对太阳系附近的其它类太阳爆发耀斑的情况进行分析，发现太阳系的超级耀斑（亮度提高几百到一千倍）的平均周期是几千年。
主序星表面活动与主序星的年龄和自转率有关。自转速度快的年轻恒星表现出强烈的活动性。相比之下，自转速度较慢的中年类太阳恒星显示出低水平的活动，并随周期变化。一些较老的恒星几乎没有活动，这可能意味着它们进入了与太阳蒙德极小期 相当的平静期。
具有较大恒星黑子 的恒星在自转时可能会出现明显的亮度变化。如果自转速度够快，平均光度变化可以显著影响宜居性。
对于复杂生命，恒星必须高度稳定，太阳在11年的光变周期中的光度 变化很小（0.1%），太阳大约有 46 亿年的历史，正处于光度变化比较小的中老年。适当的金属 丰度和大小对稳定性也很重要。
太阳的自转周期约25天，在类太阳恒星的自转速度中类似的高自转周期恒星，年龄超过40亿年，小于80亿年的中年恒星，约占40%。
中晚期G型恒星和早中期K型恒星处于稳定燃烧阶段的时间约为15-40亿。
目前银河系宜居带上，大约有40%的合适金属度的恒星经历过稳定燃烧阶段。
⑤合适的元素丰度
碳、氢、氮、氧、磷和硫 (CHNOPS) 在地球上生命的起源和增殖中起着关键作用。生活在水溶剂和以碳作为复杂分子骨架的碳基生命，是最容易在自然界自发发展出生命的生命形态，CHNOPS在宜居带行星上的丰度，可能对于辨别宜居行星至关重要。
太阳相比同类的恒星显示出一个特殊的特征，难熔元素相对于挥发性元素多了约 20% 。丰度差异与元素的凝结温度密切相关。与已知有近距离巨行星的太阳类比相比，这种特性也成立，难熔元素丰度的差异可能与像我们这样的行星系统的形成有关，特别是与类地行星的存在有关。 [31]
根据目前的太阳系建模，地球的这种轨道，是由于原行星诞生的气体云，有很多铝26造成的结果。 [32]
宇宙中的磷元素主要来自大质量恒星末期 核心坍缩型超新星（CCSNe）。地壳的磷是来自火山活动，磷元素在板块活跃的宜居行星表面随着火山活动逐渐堆积，这也解释了为什么火山活动后土地和海洋的生物总是更多。
Gaia DR3任务调查了银河系5亿颗恒星中5863颗类太阳恒星的阿尔法元素与铁的比值（α/Fe）， 只有约30%的恒星，其α/Fe比太阳大，只有不到10%的恒星α/Fe和太阳刚好差不多。
而α/Fe的各元素丰度情况决定了与类地行星和气态巨行星是否类似于太阳这种轨道。
⑥单恒星系统
太阳系是一个单恒星系，银河系中大约60%以上都是多恒星系统。在多恒星系统中，如果存在行星，那天空中会出现多个「太阳」的情况。根据开普勒天文望远镜的观测，在这些多星系统中，只有三分之一的多星系统存在系外行星。而多星系统的运行不稳定，即使在该恒星系统存在行星，也很难诞生生命。
实际上，由于轨道的稳定性限制，真正的三恒星系统，其轨道上是不可能存在行星的（行星将相对较快地被逐出其轨道，要么被完全逐出系统，要么转移到更靠内或更靠外的轨道范围）。现实中大多数是类似半人马座阿尔法双星系统+半人马座比邻星 这种 三星系统的存在。
双星系统 中的行星 可能是支持地外生命 的候选者。一般估计 40% 恒星 是富金属度双星。
双星系统的两颗恒星的轨道可以有以下情况：
双星系统上的行星可分为两种：非环绕双星型行星（S 型）和 环绕双星型行星（P 型）。
在非环绕双星的行星 中，如果一颗行星与其主行星的距离超过另一颗恒星最近距离的大约五分之一，则无法保证轨道稳定性。行星是否可能以双星形式形成长期以来一直不清楚，因为引力可能会干扰行星的形成。
气态巨行星可以在双星系统中围绕恒星形成，就像它们围绕单星是形成的情况一样。对离太阳最近的恒星系统半人马座阿尔法星的研究表明，在寻找宜居行星时不必忽视双星系统。半人马座 A 和 B 的最近距离为 11 个天文单位（平均 23 个天文单位），并且都有稳定的宜居带。对系统内模拟行星的长期轨道稳定性的研究表明，在任何一颗恒星大约三个天文单位范围内的行星可能保持稳定（即半长轴偏差小于 5%）。保守估计，半人马座阿尔法星 A 的s型轨道的行星宜居带从 1.37 到 1.76 au ，半人马座阿尔法星 B 的宜居带从 0.77 到 1.14 au ——这两种情况都在稳定区域内。
对于环绕双星的行星，只有当行星与恒星的距离远大于恒星与恒星之间的距离时，轨道稳定性才能得到保证。
最小稳定的恒星与环绕双星行星的间隔约为双星间隔的 2-4 倍，或轨道周期约为双星周期的 3-8 倍。所有开普勒环绕双星系统中最内层的行星都被发现围绕这个半径运行。这些行星的半长轴介于该临界半径的 1.09 到 1.46 倍之间。原因可能是迁移可能在临界半径附近变得低效，从而使行星恰好位于该半径之外。例如，Kepler-47c是位于Kepler-47系统 环绕双星宜居带中的一颗气态巨行星。如果类地行星形成于或迁移到环绕双星的宜居带，它们将能够在其表面维持液态水，尽管与双星存在动力学和辐射相互作用。
双星和三星系统中 S 型和 P 型轨道的稳定性极限与恒星和行星的顺行和逆行运动的有关。 [33]
双星中恒星之间的间隔可能从小于一个天文单位到几百个天文单位不等。在后一种情况下，引力效应对于围绕其他合适恒星运行的行星而言可以忽略不计，并且宜居性潜力不会受到干扰，除非具有高轨道偏心率。
双星系统的轨道则对行星存在提出了严峻的挑战。因为在不同的行星轨道，行星表面温度可能会极端变化。如果间隔非常接近行星的距离，则可能无法形成稳定的轨道。
据说双星对中仅围绕一颗恒星运行的行星具有「S 型」轨道，而那些围绕两颗恒星运行的行星具有「P 型」或「环绕双星」轨道。据估计，50-60% 的双星能够在稳定的轨道范围内支持宜居类地行星。 [34]
双星系统的宜居性由各种来源的许多因素决定。双星的质量比和轨道偏心率是影响行星系统轨道稳定性和宜居性的重要因素。受行星轨道的受恒星引力的扰动以及恒星辐照条件的影响，确定双星系统中的宜居带可能是一项具有挑战性的任务。 [35]
许多恒星在偏心率非零的双星系统中形成，当两颗恒星位于近星点时（当恒星位于近星点时，双星的组成恒星周围的宜居带可能重叠并扩大）。致密双星恒星具有不同宜居带的系统可以进行相互作用，将恒星推得更近，导致宜居带合并并扩大。有时，如果组成恒星的距离变远，则可能会出现重叠的宜居带，但双星变得更加偏心。在每个模拟的恒星，宜居带的扩大发生在平均总数为 352 个中的 1 到 2 个双星系统中发生，发生率大约1%，这表明密集的恒星形成区并不总是对行星形成和演化不利的环境。两颗恒星的宜居带合并可能会导致先前冻结的行星变得宜居。 [36] [37]
双星系统中行星的宜居性不仅取决于两颗恒星的合适的光辐射强度，导致的宜居行星表面温度，还取决于双星和邻近行星的引力场对行星轨道和自转产生的扰动。因此，双星中的宜居带中的行星可能会在轨道和自转方面经历重大扰动。轨道共振的长期演化对双星系统行星气候的直接影响在很大程度上仍未被很多人考虑到。
一篇2016年的研究将 Kepler-47 和 Alpha Centauri 系统作为 P 型和 S 型双星系统的原型进行研究。 [38]
在Kepler-47中的类地行星将经历偏心率、倾角和进动 快速变化的米兰科维奇周期（大约 1000 年），引起相似周期的温度影响（由系统中的其他行星影响）。这些长期温度变化的影响幅度类似于在更短的双星周期时间尺度上引起的幅度。
行星倾角或轴向进动的变化会影响类地行星的气候。在太阳系中，地球因与我们的月球相互作用以及由此产生的倾角变化（～2.4°的变化范围)而具有长期宜居性。
恒星伴星可以通过行星轨道相对于双星轨道的近日点进动或通过轴向进动的共振来显着改变类地行星的倾角稳定性。双星系统宜居带上的行星如果有大质量卫星，会破坏行星倾角的稳定性。因此，宜居带上的岩石行星可能会经历更大的倾角变化，并具有更极端的气候，除非它们处于特定状态，例如与双星几乎呈平面轨道运行并像金星一样逆行（向后）旋转。而这样的概率非常低。 [39]
在半人马座阿尔法星双星系统中，次星的影响会产生 15,000 年时间尺度的偏心率变化。这会产生与双星轨道时间尺度变化强度相似的气候振荡。偏心率和倾角变化之间的相位漂移产生了持续时间为 100,000 年的 冰期周期，并受到邻近行星的影响。轨道共振引起的最大幅度倾角变化会在宜居带内引发雪球状态，而适度的变化可以允许持久存在的冰盖或冰带。全球结冰的具体结果可能取决于行星轨道、倾角、轴向进动、双星轨道的偏心率和周期。
因此双星轨道的类地行星很可能会周期性全球结冰，并且有失控冰川作用的风险。 [40]
双星系统的轨道特性会导致宜居带上的行星容易经历雪球事件，宜居性很低。
银河系中的单富金属类太阳型恒星占富金属类太阳恒星系统总数的60%。 [41]
⑦太阳的诞生以来的独特历史
2021年的一篇研究通过模拟有机化合物在拥有潜在宜居行星的恒星之间成功传播的概率来研究类银河系中的生命星际起源过程，即自然发生的胚种论。
与仅在整个星系中占据狭窄动态范围的宜居性不同，星际起源可以发生在类银河系的 3000光年 − 12000光年（1-4 kpc）的薄盘中，哪里至今仍然存在着大量有机分子云。然而，只有位于密集恒星集群的新生恒星才具有非常大的生命星际起源概率。 [42]
星系中星罗棋布 着由气体及尘埃等细小粒子所组成的分子云 。分子云可以极度庞大和拥有极大质量，质量相当于十至一千个太阳不等。因为只有质量达到太阳数倍的分子云才会因自身的重力坍缩 ，而如此重的分子云不可能坍缩为一颗恒星，故疏散星团的所有成员都是在多星系统中形成。
目前在银河系内已发现一千多个疏散星团，但实际数量可能十倍于此。在漩涡星系中，疏散星团大都在有最高气体密度 的旋臂中，而且该处的恒星形成活动最为活跃。疏散星团高度集中在银道面附近。在银河系中，疏散星团的寿命取决于分布的位置；早期形成的的星团往往较接近星系的边缘。银河系中心的潮汐力较强，加快了星团的分裂过程，而使得星团分裂的巨型分子云在星系中心部分数量较多，所以星系中心部分的疏散星团比外围部分的寿命更短。在银河系中，平均大约每一千年就会有一个新的疏散星团诞生。
疏散星团是指由数百颗至上千颗由较弱引力联系的恒星所组成的天体，也被称为恒星托儿所，是大多数恒星的来源，这些天体的元素丰度因为都来自于同一片气体云一般都非常接近，直径一般不过数十光年，星团 中的恒星密度不一。但与球状星团中恒星高度密集相比，疏散星团中的恒星密度要低得多。疏散星团只见于恒星活跃形成的区域，包括漩涡星系 的旋臂 ，一般来说中心部分的密度能达到1.5星/立方光年。
而太阳刚诞生的时候，也是位于银河系（3-4 kpc）的薄盘上，很可能位于3 kpc 臂上 [43] ，可能刚好诞生于一个与很多太阳元素丰度差不多的恒星的快要解体的疏散星团，太阳可能刚诞生没多久 就被一颗大约10倍太阳质量的恒星的超新星爆发近距离命中，随后太阳因为引力作用，被踢出疏散星团，开始流浪太阳的生涯。
2018年一篇论文提出，如果太阳诞生在一个相对致密的疏散星团中，一颗可能为10倍太阳质量的大质量恒星很可能就在附近，那么当它超新星爆炸时。超新星爆发的影响可能相当深远，目前的太阳系可能仍保留着这一事件的证据。柯伊伯带的截断和黄道面相对于太阳自转轴的倾斜可能是证据。论文模拟了超新星辐射对星周盘的影响以及几十年后到达的核爆炸波的影响。模拟超新星爆炸的冲击波造成的影响与当前太阳系情况一致。超新星爆炸将太阳系行星盘截断，与现在柯伊伯带的边缘的情况是一致的。
超新星的辐射以及冲击波将行星盘的大部分加热到∼ 1200K，其温度足以熔化行星盘中的球粒。太阳系大多数行星可能已经受到附近超新星的影响，它的一些影响，例如行星盘的截断和倾斜，可能在其当前行星系统的空间结构中仍然可见。例如：被星周盘吸积的超新星爆炸波物质的数量少了几个数量级，以及目前无法用其它方式解释的短寿命放射性核素的铝26丰度。 [44]
太阳绕银河系中心运行的轨道确实几乎是完美的圆形，周期为 2.26亿年，与银河系的自转周期非常匹配。然而，棒旋星系中的大多数恒星都分布在旋臂中，且太阳的公转轨道几乎没有什么不寻常的地方，它每7000万年进出银河系平面，大约每3500万年穿过一次平面。太阳的轨道大约每 1 亿年通过一个主旋臂，用1000万年通过。 [45] 几次大规模灭绝 确实与太阳通过旋臂有关。 [46]
2020年的一篇研究提出，当恒星遇到在银盘形成过程中自然产生的短暂旋臂时，它们会在银盘上径向移动。太阳系从更靠近银河系中心的位置移动到当前位置的运动轨迹，是通过在银河系化学演化框架内将太阳成分与附近的类太阳恒星的成分进行比较推断出来的，太阳比附近大多数类太阳恒星有相对较低的锂丰度。 [47]
太阳诞生地和形成时间隐含的富含金属的环境得到了太阳系诞生前的碳化硅颗粒中测量的硅同位素比率的支持。
在银河核球外诞生的太阳系，可以通过与旋臂的几次相遇引起的径向迁移效应，行进到当前轨迹。一个常见特征是，由于进出旋臂的恒星摆动，恒星会在同一个旋臂内重复通过。此类事件在地球地质历史中作为雪球地球得到证明，并且它们的发生时间在该研究的模型的预测范围内。特别是，在通过旋臂期间垂直振荡的恒星运动偶尔会导致两个独立的雪球事件，间隔为几千万年，这意味着两个相关的雪球地球事件快速连续发生（~7.2 亿和 6.5亿年以前）。
地球历史上至少发生了五次主要的冰河时期，包括休伦冰期、瓦兰吉尔冰期、安第萨哈拉冰期、卡鲁冰期、第四纪冰期。
休伦冰期可以追溯到24亿到21亿年前的前新生代，持续了大约8.5亿到6.3亿年，可能是地球历史上最严重的一次。
大约7.5亿年前，地球上经历了一次超长的大冰期——瓦兰吉尔冰期。
安第萨哈拉冰期发生在晚奥陶世和志留纪(约4.6亿至4.2亿年前)。
卡鲁冰期归因于泥盆纪开始时陆地植物的进化，发生于3.6亿到2.6亿年前。
当前的冰河时期，被称为第四纪冰期，开始于大约258万年前的上新世晚期，当时北半球的冰盖开始扩张。从那以后，世界经历了几次冰期和间冰期。
冰期的共同特征是温室气体的不够，导致保温能力下降。而导致温室气体含量下降的主要原因是氧气含量，在地球上氧气主要是蓝细菌这类光合微生物产生，而光合微生物的蓬勃发展来源于足够丰富的矿物质和光照条件，一般来说浅海大陆架是最好适合光合微生物繁殖的区域，而浅海大陆架来源于地质活动导致的板块挤压抬升，地质活动活跃则来源于地幔岩浆的上涌，而地幔岩浆的上涌则来源于月球、木星、太阳这类天体的轨道力学共振导致的引力效应和地壳中碳酸盐的含量等等因素，而轨道力学共振因素来源于其它恒星对太阳系内天体轨道的扰动。
2013年一篇研究，在太阳穿过银河系旋臂的时间与已知的大规模灭绝事件之间发现了相关性。 [48] 至少五个历史性的大规模灭绝事件，可以用太阳绕银河系的运动来解释。五个海洋生物属的在4.15、3.22、3、1.45 和 0.33 亿年前生物多样性（属的数量）显着下降。太阳花费了大约 60% 的时间穿过银河系的各种旋臂。
根据发表在【历史生物学】杂志上的文章提出，包括两栖动物、爬行动物、哺乳动物和鸟类在内的陆生动物的大规模灭绝以大约2700万年为一个周期，与海洋生物的大规模灭绝相一致。
目前太阳系正在通过猎户座旋臂，上一次大规模灭绝是在1500万年前，预计一千万年内不会有上述因素导致的大规模灭绝事件发生。
这些大灭绝与小行星撞击地球、火山熔岩喷发造成的破坏相关。
宜居恒星总结 ：当前支持复杂生命的恒星数量和比例
Michael Gowanlock 2011 年 [49] 计算了超新星幸存行星的频率与它们与银河系中心的距离、它们在银河平面上方的高度的关系，以及它们的年龄， 最终发现银河系中大约 0.3% 的恒星今天可以支持复杂生命。如果不认为红矮星的潮汐锁定排除了复杂生命的发展，则为 1.2%。
银河系中形成高铝26丰度的太阳类似系统的速度约为每亿年 3000 个，在这种情况下，在银河系中大约有36,000个太阳类似星。 [50]
假设适合孕育能诞生文明的合适时期的宜居恒星在目前银河系恒星数里只占0.03%
，
银河系中若有5000亿颗恒星的话，可能最多有1.5亿颗符合这个要求。
若为0.1%，则有5亿颗。
若排除大部分K型橙矮星，只看类太阳恒星，则为0.05%，2.5亿颗
2.稳定的行星系统
来诞生 大型耗氧生物 稀有度 无法估计，但非常低
①合适的行星
行星质量大，引力也越大，大气层也越厚，这会导致使用化学能或核能动力入轨的难度也越大，当超过一个极限后，基本不可能产生足够大的推力使物体能够进入太空轨道。行星质量小，引力小，大气层薄，需要更高的氧气含量才能支持生物呼吸，当大气少到一定程度便不可能支持文明的发展和大型生物的出现。
而且板块构造能力与生命的诞生和发展密切相关，没有板块构造能力的行星，很可能没有足够的火山来让生命进一步发展。
2020年的一项研究，通过分析太阳系邻近恒星的数据库，Hypatia目录中的3300 颗 F、G、K 型恒星样本中 Fe、Mg 和 Si 摩尔丰度的比例(Hinkel et al, 2014)。得出下图的 彩色条表示计算的 地核质量比例（Core Mass Fraction,CMF），假设硅酸盐地幔具有恒星的 Si/Mg 比，CMF 是地核中，Fe/(MgO+SiO2)质量比，决定了着地幔中的Fe、Mg 和 Si比例，决定了行星的地幔对流速度、磁场强度、让板块活跃的能力，以及决定同样半径下的行星的质量。 [51]
由上图可以发现太阳系附近的FGK型恒星大部分，CMF 位于0.25-0.45的区间，太阳光谱分析出的的行星CMF平均值是0.3，地球和金星是0.325和0.32，火星（bulk Mars）是0.217，水星是0.68。
除了水星。地球、火星、太阳光谱分析的出的 Fe/Si、Mg/Si、Fe/Mg。三者三项的值都非常接近。代表太阳光谱的数据可以用来分析正常类地行星的地幔和地核成分。
所以可以在Fe/Si、Mg/Si、Fe/Mg差不多的情况下得出一个岩石行星密度与压力的规律
行星半径小于1.5倍地球半径的才可能是类地岩石行星，才有可能拥有合适的大气，诞生生命。
大于2倍地球半径的行星可能是小海王星，这样的主要由轻元素气体组成大气的行星。
处于1.5-2倍地球半径之间的行星，有些被称为氢海行星，他们的表面主要是由氢元素气体的稀薄大气以及较深的海洋。
因此岩石行星的极限是在1.5倍地球半径，但这并不意味着1.5倍地球半径的岩石行星具有板块构造能力。
可以看到对于cmf位于0.25-0.45的超过1.3倍的岩石行星，其质量为3倍地球质量。
而根据2019年的一篇研究，这样的硅酸盐地幔的岩石行星，地幔热对流会因为巨大的压力下岩浆密度上升，到达地幔上层的对流明显减弱，导致火山活动明显减弱，到4倍地球质量时地壳彻底凝固。
所以应该在0.9-1.3倍地球半径，即0.7-3倍地球质量的岩石行星上寻找生命。
2022年9月的一篇研究，在宜居带内的类地行星的概率为 Γ_\oplus = 15^{+6}_{-4}\% 。 [52]
所以宜居行星的保守宜居带上的0.9-1.3倍地球半径的岩石行星的概率大约是 20%。
为什么一定要行星？
目前的研究发现，5-10倍地球质量的超级地球、小海王星相撞最多产生一个火星大小的卫星。火星的质量太小 ，无法存住大气。而10倍地球质量以上的海王星，需要更大规模的碰撞才能形成一个类地卫星，但这么大质量的天体就目前这个金属度一般不会出现在宜居带里，一般宜居卫星出现概率约在5%以下，且这些卫星容易被潮汐锁定，表面温差太大。
②位于 支持复杂生命的稳定宜居带内 。
宜居带(habitable zone,HZ)指的是行星系中有利于生命发展的区域，在这个区域中,行星的表面既不冷，也不热，宜居带是围绕某个恒星的行星可以在其表面保持液态水的区域。1959 年Hubertus Strughold和Harlow Shapley 和Su-Shu Huang于 提出了恒星宜居带的概念。 [53]
液态水被广泛认为是生命中最重要的成分，考虑到它对地球上所有生命系统的重要性。然而，如果在没有水的情况下发现生命，那么宜居带的定义可能不得不大大扩展。 [54]
「稳定」的 宜居带意味着两个因素。首先，宜居带的范围不应随时间发生很大变化。所有恒星的光度都会随着年龄的增长而增加，因此宜居带 会向外迁移，但如果这种情况发生得太快（例如，对于超大质量恒星），行星在宜居带内可能只有一个短暂的窗口，相应地较小的机会发展生命。计算 宜居带 范围及其长期运动从来都不是直截了当的。
其次，关于行星大气条件和地质的影响与恒星演化条件的影响一样大：地球上的生命出现在地圈、水圈和大气层的交界处。这种环境是我们研究生物系统如何起源于岩石行星的基础。然而，经常被忽视的事实是，岩石行星的化学性质最终是银河系化学演化的产物。
对于在银河历史的不同时期形成的不同恒星和行星，主要造岩元素的元素丰度可能不同。这些差异意味着我们不能指望系外岩石行星与地球一样。此外，行星的年龄决定了它的银河系化学演化，以及过去、现在和未来的地幔和地壳热状态。岩石行星的大量硅酸盐地幔成分调节着它所拥有的大气层和水圈的类型。因此，对于一颗存在生命的行星而言，岩石行星的成分与靠近恒星周围所谓的宜居带（液态水在表面稳定存在）一样重要。
即使在宜居带内，行星仍可能发展出不宜居的气候状态。 在十亿年为单位的地质时间尺度上维持温带气候需要一颗行星包含足够的内部能量来为行星尺度的碳循环提供动力。
岩石行星地热能的一个主要组成部分是放射性元素衰变产生的热量，尤其是 40K、232Th、235U 和 238U的含量。 随着地球的这些元素的衰变，这种放射性能源逐渐减少。
我们不能自信地认为所有的岩石行星内部有足够的内部热量来支持以足以长时间维持全球碳循环或温带气候。
岩石行星，例如地球具有去气作用（Ozima and Podosek, 1983; Berner, et. al., 1983; Chester, 1993）。自从地球开始熔融分层开始，至地球完全固化为止，地球能不断地从内部排出水蒸气、CO2、HCl、HF、N2和SO2等气体（Chester, 1993; Wignall, 2001; Sigurdsson, 2000; Tabazadeh and Turco, 1993; 陈福等，1997；陈福，2000）。由于地球的去气作用，我们有了今天的海洋，有了今天的大气层，这已形成共识（Hunten, 1993; Deming David, 2002; Matsuda and Marty, 1995; Marty, 1995）。可以这样说，除陨石从地外带来一部分CO2外，地球上绝大部分CO2（Grieve, 1998），都是由于地球的去气作用而形成的。
熔融的地球，由于不断向外辐射能量，外表层较轻的岩浆冷凝成花岗岩质原始地壳（Chambers, 2004; McClendon, 1999; Nutman, et. al., 2001）。内部也逐渐分化出地幔、地核等各个层次（Chambers, 2004）。由于地球不断向外辐射能量降温，地表的温度降至水蒸气的凝聚点以下时，原始大气中的水蒸气凝聚成水，这就有了原始的海洋（Deming David, 2002; Kasting, 1988）。地球刚形成时，太阳光的强度远比现在低（Canuto, et. al., 1983），若没有大气中的CO2的温室效应作用，地球表面的温度将继续下降。当地球表面温度降至冰点以下，海洋将结冰，最后，地球有可能变成一个像木卫二一样的大冰球（Greenberg and Geissler, 2002）。由于地球去气作用产生的CO2等温室气体，再加上当时还没有生物制造O2（Nutman, et. al., 2001），O2含量相当低，而去气气体本身具有强还原性（Allard, 1983），这使大气中的甲烷等还原性气体含量相对较高（Pavlov, et. al., 2000），这些温室气体共同产生温室效应，使地球的温度保持在冰点以上，使地球不至于完全变成大冰球。
所以，可以说，地球的去气作用通过不断从地球内部排出CO2等气体，通过增强温室效应，解决了地球继续降温的问题。但同时，它又带来了另一个问题，行星地表会因CO2等温室气体过多而增温直到变成失控温室效应，变成一个像金星一样的地表高温高压行星。
表面拥有海洋以及合适的地幔脱气速率，具有板块活动的行星上可以通过硅酸盐-碳酸盐循环来吸收过高CO2来动态调节温度。
假设一颗行星不能支持复杂生命时地幔的去气率为地球当前值的 10%，那么便很可能没有足够的二氧化碳来产生温室效应，对于那些轨道较远的行星，例如火星，便有可能变成一个像木卫二一样的大冰球，灭绝所有大型生物。
一篇2022年的研究使用蒙特卡洛热演化模型，对岩石行星的支持复杂生命的年龄（宜居年龄）进行估计，行星的板块活动，可以支持全球碳循环和温带气候，在相同的衰变元素丰度下与其质量相关，质量越大，寿命越长。 [55]
对于0.8倍地球质量的金星，该研究的作者根据计算认为它的宜居年龄上限在35亿年，但金星的在几百万年前火山活动似乎表明，金星的地幔岩浆仍未冷却，主要是金星表面温度太高，停滞盖散热太差，只有地球的几分之一的散热效率，虽然还能喷发，但用板块活动来散热的话，宜居年龄太短。
平均1~3倍地球质量的大部分行星，宜居年龄大致在40亿-50亿年，对应着稳定宜居带的范围。
有火山的岩石星球的重大地球物理转变期间发现了临界内部热值的证据。地、月、火、水等岩石星球主要火山活动都具有的峰值阶段 (~1.2 W/m2) 和停止阶段 (~ 0.092 W/m2) 的临界表面热通量特征。上述火山活动阶段伴随着重大的地球物理转变，如全球行星磁场的增长和衰减，这可能与核-幔边界热通量的变化有关。上述结果会对寻找宜居类地系外行星产生限制条件。 [56]
在火星和月球上发现的火山活动和磁场演化之间的密切联系可能也适用于地球。地球在火山活动高峰阶段（地球诞生后 5 -10亿年），内部磁场显着增加，这可能与该时期固体内核的形成有关 [57] 。 推断地球发电机活跃所需的临界 CMB 热流在 3-5 TW 之间，相当于约 6-10 mW/m2 的热通量 [58] [59] ，与推断的月球临界 CMB 通量相当 [60] 最近的研究表明，地球上当前的 CMB 热流值为 3.7-4.7 TW ，接近地球发电机工作所需的临界值。 如果地球上的主要火山活动在不久的未来停止，它可能会关闭或显着削弱地球发电机，这将危及地球上的生命。在岩石行星物体的核心、地幔和地壳中发生的物理现象之间与我们的太阳系其它行星的历史存在强相关。 [61]
岩石行星的火山活跃程度与恒星的金属度有关。
2022年11月的一篇研究表明，太阳和地球的成分接近于类太阳恒星及其周围假定的类地系外行星的整体成分的中位数。例如，岩石系外行星的镁和硅的相对丰度范围很广，地球和太阳接近平均水平。此外，奇特的成分（即显着偏离地球的成分）相当罕见，大多数行星的地幔为 90-95% 摩尔质量的 MgO+FeO+SiO2。CMF范围从 18 到 35 %，并显示出与恒星 [Fe/Mg] 的强相关性。
恒星 Mg/Si 是地幔矿物学的一个有价值的指标。首先，它可以用来预测下地幔矿物学，特别是强矿物布里奇曼岩与弱矿物铁方镁石的比例，从而降低地幔粘度。在上地幔中，它可以表明维氏体的存在，这还没有得到很好的研究。地幔 Mg/Si 可以指示从含方晶石的地幔（地幔 Mg/Si ≥ 1.6）到强的、含石英的（地幔 Mg/Si ≤ 0.8）的转变。此外，表示地核尺寸与Fe/Mg和Mg/Si都与恒星年龄相关。 最近形成的行星往往有大的核心和坚硬的地幔，而很久以前形成的行星往往有小的核心和薄弱的地幔。此外，恒星 镁/硅和钠/镁 可用作地壳浮力的指标，因为富含钠和硅的行星的地壳往往比贫钠和贫硅行星的地壳密度低。最后，富含钙和铁的恒星会导致行星地幔的熔化温度较低，因此会导致火山活动增加。 因此，恒星成分，在必要的脱挥发分校正后，可以更准确、更完整地描述行星的特性。 [62]
系外行星 CMF 的估计可以可靠地预测衍生地壳的厚度、成分和矿物学。这些预测的地壳成分允许对地表和深层行星内部之间的挥发性循环施加限制，从而影响宜居行星表面的演化。 [63] 具有大型类地行星 CMF 的行星（≥0.32) 将呈现薄壳，无法有效地将地表水和其他挥发物输送到地壳下的地幔中。相比之下，具有较小 CMF 的岩石行星（≤0.24），类似火星的地幔铁含量将形成能够稳定含水矿物的厚地壳，这可以有效地将挥发物隔离到行星内部，没办法足量去气让表面具有足量的温室气体来保温，这会起到去除地表水的作用。CMF对随后的行星表面环境具有深远的影响，会对宜居类地系外行星时产生限制。
综上所述，系外行星的年龄、大小、母恒星的金属度，对于决定行星的宜居性条件很重要。
1979年1月的一份研究表明 [64] ，质量小于太阳的主序星在其周围有一个稳定的宜居带，该带不仅比太阳周围的稳定宜居带更近，而且相对更窄。 稳定宜居带是指 行星在恒星的早期阶段既不会经历失控的温室效应，也不会在大气富氧化后 温室效应大幅度减少 导致失控的冰川作用，复杂生命能繁殖和进化，行星具有显生宙的宜居带范围。 对于质量比太阳小的恒星，稳定宜居带更小（因为它们演化得更慢），太阳拥有类太阳恒星中最大的稳定宜居带。
计算表明，太阳的稳定宜居带范围是 0.958AU-1.004AU，换算成稳定宜居带内外半径比为 1.046, 现在地球距离太阳的平均距离是1 AU，在几十亿年前会比现在更近一点点，但总移动距离不超过0.01AU。人类真的很巧。
对于 0.83倍太阳质量的恒星（即 K1 型恒星）的稳定宜居带约等于没有，稳定宜居带内外半径比为 1，因此似乎大多数 橙矮星周围没有稳定宜居带，红矮星也没有。
考虑其他非太阳这样的金属度后的情况如下： n-m 代表恒星的升温随时间的变化速率，与恒星的金属度和质量有关，金属度越低 n-m越大，稳定宜居带越小
2020年的一篇论文，利用计算机建模更细致地分析了宜居行星气候。 [65]
快速自转的类地行星上的气候可分为四种潜在稳定的气候状态，它们被突然的气候变化分开：
雪球气候（snowball）行星表面温度 < -38摄氏度。
水带气候 （waterbelt）-38摄氏度<行星表面温度 < 2 摄氏度
温带气候（Temperate）2摄氏度<行星表面温度 < 42 摄氏度
潮湿温室气候(Moist Greenhouse) 行星表面温度<57摄氏度
失控温室效应，水流失（Water Loss）行星表面温度大于100摄氏度的温室效应，原因是水蒸气本身就是比二氧化碳强很多的温室气体，一旦温度超过此温度很难降下来。
这些状态处于稳定平衡，其中传入的恒星光辐射与传出的热辐射平衡，并且各状态对任何小的扰动都具有弹性，这意味着和1979年的研究结果一致，只有G型恒星和K1型恒星在太阳的金属度下，智慧生物发展的气候只有温带气候，和轨道，即0.95AU-1.1AU，除非发生巨大扰动，否则非温带气候的行星，不适宜大型动物发展出智慧生物，因为即便是温带气候的地球，也会在大气中有很多甲烷气体这些温室气体的情况下，升温到50-60度，也会在大氧化事件发生后进入几百万年大冰期，温度下降到负30度。
1.1AU以外容易进入雪球气候，长期保持低温，直到火山喷发产生的温室气体如二氧化碳在大气中积累一定的浓度，让行星解冻。
2016年一篇研究，认为宜居带外围的超级地球比地球更适合复杂生命。 [66]
比地球质量更大的行星（称为超级地球）可能表现出比地球更高的火山活动率，能释放很多二氧化碳、硫化物等温室气体。
稀有地球假说（Ward & Brownlee 1999 ）表明，即使简单生命很普遍，复杂生命在宇宙中也可能并不常见。尽管已经提出了许多反对这一想法的论据（Kasting 2001 ），但对于具有相对低除气率的行星而言，在常规 宜居带 的部分区域中雪球事件会给简单和复杂的生命带来问题。
光合藻类和蓝细菌将在海冰厚度为一公里或更多的发生「严酷型雪球事件」的行星上灭绝。上面两种生物都在新元古代第一次雪球地球事件中幸存下来（Hoffman et al. 1998 ），因此一定存在某些类型的无冰区。薄冰型雪球事件（Pollard & Kasting 2005 ) 或赤道附近的开阔水域 (Abbot et al. 2011 ) 可以提供解释。 但多细胞陆地生命将受到这种气候的高度挑战，幸运的是，这种气候自前寒武纪晚期以来就没有发生过。因此，动物生命和智慧生命可能无法在恒星光照强度低和火山去气率低的行星上进化，即使它们在传统的 宜居带范围内。
在 宜居带的外部的雪球气候区域的行星上出现产氧生命只会降低大气中的 CO2，使地球更容易受到全球冰川作用的影响。全球冰川作用会杀死任何植物，使大气中的 CO2再次积累，因此雪球事件的发生频率取决于植物从雪球事件中恢复的速度。生命（正如我们所知）不会稳定地球的气候以防止发生雪球事件，它会引起一种更复杂的、生物参与的雪球事件。
更大的行星可能具有更大的火山二氧化碳排放量，意味着更剧烈的火山活动，对于大型动物的生存和发展，这样可能适得其反，会造成短却剧烈的雪球事件。
对于系外行星，一篇2017年的研究结果表明，与基于碳酸盐-硅酸盐循环的传统宜居带观点相比，火山活跃的大质量岩石行星可能更容易受到雪球事件的影响 。地球历史上已知的最大冰川事件新元古代的大冰期，很可能火山活动释放大量硫酸盐气溶胶引起的行星反照率突然增加，让行星进入雪球事件。 [67]
火山活动会增加的二氧化碳等温室气体，慢慢提升温度，走出雪球事件，但短时间而言，大型动物会在这期间遭遇大批量灭绝，因为这是比地球大冰期还要久还要冷的雪球事件。
震旦纪第二次 雪球事件，断断续续发生全球冰川（7.5 至 5.4 亿年前），海洋表面全球被冰覆盖。水带气候，赤道海洋可以无冰。
尽管中高纬度地区完全被冰川覆盖。当前地球处于温带状态。当地表温度进一步升高时，行星可能进入潮湿温室环境。
地球可能存在的潮湿温室状态
基于岩石样品中氧和硅同位素的温度重建预测了前寒武纪海洋温度要高得多。这些预测表明，在 20 到 35 亿年前，海洋温度为 55-85°C，随后在 10 亿年前冷却到 10-40°C 的更温和温度。从前寒武纪生物中重建的蛋白质也提供了证据，表明古代世界比今天温暖得多。
在很长的时间尺度上，太阳的演化也是决定地球气候的一个重要因素。根据标准的太阳理论，太阳在开始时的强度约为其现代值的 70% 后，其亮度将逐渐增加，这是其演化的自然部分。最初的低太阳辐射，如果与现代温室气体值相结合，将不足以让地球表面存在液态海洋。然而，地表液态水的证据早在 44 亿年前就已被证实。这被称为年轻太阳悖论，通常通过地球早期历史中更大的温室气体浓度来解释。
这种温室气体很可能是地球原始生命产生的甲烷气体以及火山活动产生的二氧化碳。
大气足够温暖的温室状态可以让水不再被寒冷的对流层顶困住，形成潮湿的平流层。在这种情况下，因为水蒸气的光解，氢会向太空的损失。水光解的具体速率可能取决于恒星活动。此外，在雪球和温带气候状态之间存在两种稳定气候的解决方法，一种是增加自转速度，另一种是让行星被潮汐锁定，创造晨昏线附近的宜居区域。
根据宜居性的定义，宜居气候包括水带、温带和凉爽湿润温室状态。如果恒星光照强度很小，行星气候进入雪球状态。在某些情况下雪球状态是宜居的。一个很好的例子是新元古代时的地球气候。对于系外行星，高地热热通量或薄冰时，光合作用生命仍然可以存在。另一种可能性是，虽然海洋完全被冰雪覆盖，有些大陆不结冰，而且温度足以维持液态水。
如果恒星光照强度很高，整个大气层将进入热失控过程，并没有稳定气候解决方案，直到海水全部蒸发到大气中。
传统宜居带通常被定义为行星表面可能存在液态水（生命的关键需求）的距离范围。需要比地球现代大气中存在的二氧化碳多得多的二氧化碳来维持宜居带大部分行星的温和气候，外缘需要几个大气压（bar）的二氧化碳分压（pCO2）。然而，地球上大多数复杂的有氧生命都受限于几分之一大气压的二氧化碳浓度。同时，传统宜居带中的大多数系外行星位于红矮星附近，会产生更丰富的气体，这些有毒气体可能在宜居带上行星的大气中广泛产生，例如一氧化碳 (CO)。复杂有氧生命的宜居带可能相对于诞生微生物生命的 HZ 是有限的。
一篇2019年的研究使用一维辐射对流气候和光化学模型，根据一系列生物体的已知毒性限制来界定复杂生命的宜居带（HZCL） [68] 。他们发现，对于 0.01、0.1 和 1 个 大气压 的 二氧化碳气压极限，支持复杂生命的宜居带仅为类太阳恒星常规宜居带 的 21%、32% 和 50%，并且 CO 浓度可能会限制一些复杂的生命在红矮星上发展。这些结果为复杂生命的可能分布提供了新的思路，对寻找系外行星上的生物特征和技术特征具有重要影响。
位于紫外线-可见光宜居带内 。
传统的「宜居带」(habitable zone)其实就是指一颗恒星 周围的一定距离范围，在这一范围内恒星辐射出的光被行星吸收，维持行星表面的温度，重新辐射到太空，由于恒星辐射的光子大多数在可见光波段，因此传统宜居带也被叫做可见光宜居带。
位于传统宜居带内的行星，表面上的水可以以液态 形式存在，由于液态水 被科学家们认为是生命生存所不可缺少的元素 ，因此如果一颗行星 恰好落在这一范围内，那么它就被认为有更大的机会拥有生命 或至少拥有生命可以生存的环境。
除了液态水的存在，生命可能还需要其他一些东西来维持。对于我们所知的生命，一个重要的元素是适度的紫外线辐射：如果一颗行星接受的紫外线照射量太少，许多生物化合物就无法合成。然而，如果接收太多紫外线，那么陆地生物（例如DNA）可能会受到损害。
因此，为了确定最有可能找到持久生命的地方，我们应该寻找恒星的传统宜居带（可能存在液态水）与其 紫外线宜居带重叠的区域， 在该区域内，紫外线的光子照射量处于合适的水平。
Oishi 和 Kamaya 发现，考虑到紫外线宜居带，不出所料地会减少可能发现诞生生命的地方。例如，对于太阳金属度恒星，只有那些介于 0.8-1.5 个太阳质量之间的恒星可见光和紫外线的宜居带出现了重叠。
随着主星的金属丰度降低，重叠区域也会降低： 在金属丰度为太阳的百分之一时（ Z = 0.0002），对于任何质量恒星来说，紫外带和传统宜居带都不重叠，这也意味着低金属度的第二代恒星很难会诞生大型陆生生命。
作者指出，这并不一定意味着这样的恒星不能支持生命。耀斑和日冕物质抛射等恒星活动可以暂时增加紫外线通量，可能足以弥补低稳态通量。行星表面的海洋可以保护潜在生命免受过高的紫外线通量的影响。
综合考虑②和③ 两个条件，我们会发现只有0.8个太阳质量到1.2个太阳质量的黄矮星的第一星族恒星才能最快诞生生命，并具备产生大型动物的能力。
若考虑黄矮星稳定宜居带的长度为0.1AU，而太阳的保守宜居带大概在0.5AU左右，在人类目前发现几千颗系外黄矮星的行星中， 还 没有发现一颗既位于稳定宜居带内的又满足上述要求的行星。 乐观估计行星位于稳定宜居带内的这个概率为 20%。
类太阳恒星有4%的类地行星位于稳定宜居带上。
③合适的行星轨道结构和组成
这个恒星系 有一个类似太阳系的 这样的轨道布局和 差不多的比例的相对质量。 即 地球到海王星的 1: 0.1 : 300+ : 100+ : 15 的质量比例。
我们地球能有今天，可能多亏了这个轨道布局。
地球上板块构造的存在直接取决于地幔粘度、行星质量、液态水的含量和地热源。
然而，地球绕太阳旋转速度和公转周期的初始条件对于板块构造的启动也一定具有重要意义。地球的初始轨道条件受到月球形成过程的显着影响，这可能导致了板块构造的启动和持续存在。
这些轨道条件的变化可能使地球以近乎线性的趋势，稳定地演化，从而使行星的自转周期接近行星绕太阳转一度所需的时间。
这种旋转和演化周期的最佳条件对于地球上板块构造的启动是必不可少的。
这一假设对板块构造和太阳系外行星以及潜在的宜居太阳上的岩石天体（如欧罗巴和火星）中存在生命的可能性具有直接影响。
一个能够维持复杂生命的行星系统的结构必须或多或少像太阳系一样，由小而多岩石的内行星和巨大的外层气态巨行星组成。
如果没有这种具有强大引力的「天体真空吸尘器」行星的保护，其他行星将遭受更频繁的灾难性小行星碰撞。
米卢廷·米兰科维奇提出了米兰科维奇循环(Milankovich cycles)，认为地球上的冰期开始、结束的原因与米兰科维奇周期有关。它与 地球 的 轨道偏心率、倾角和进动（包括 轴向进动 、拱点进动、黄道进动）三要素构成的周期性的变化有关。 [69] [70]
轨道偏心率：事实上，地球近日点和远日点的距离差受地球轨道偏心率的控制，地球轨道偏心率因为地球绕太阳运转的轨道受到木星、土星的影响，形状会从接近圆形变成轻度的椭圆，地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.0607，目前为0.017是季节温差最小的阶段，极限偏心率是0.0607，变化周期为10万年。偏心率最大时，近日点和远日点的差值也变大，比现在大约增加一倍。较大的轨道偏心率可使行星在接近太阳时像彗星一样丢失一部分大气。地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607，使大气浓度和二氧化碳浓度变低，降低了对地球表面的保温作用，导致米兰科维奇循环下更低的年平均温度。
倾角：自转地轴相对于公转轨道平面的倾斜角度（黄道倾角 ）在 22.1° 和 24.5° 之间变化。目前的倾斜度为 23.44°，变化周期为41040年。
进动：
轴向进动：它是地球自转轴相对于恒星的运动，周期约为25700年。也称为岁差，这种运动意味着地球上看的北极星 最终将不再是今天看到的北极星 。这种进动是由太阳和月球对旋转地球施加的潮汐力引起的； 两者对这种效果的贡献大致相等。
拱点进动 ： 轨道椭圆本身在空间中以不规则的方式进动，地球相对于恒星在大约 112,000 年内完成一个完整的周期。（水星进动）拱点进动发生在黄道平面并改变地球轨道相对于黄道的方向。这主要是由于与木星和土星相互作用的结果。太阳的扁率和广为人知的广义相对论 对水星的影响也做出了较小的贡献。
黄道进动：地球当前相对于代表太阳系角动量的平面（黄道平面 ，大约是木星（木星拥有太阳系最大的角动量）的轨道平面）的倾角是1.57° 。
这三个周期决定地球冰期的发生，称为米兰科维奇循环理论天文三要素。
过去70万年的冰期、间冰期变化周期恰好与上述几个周期相符合，它们之间还可以叠加规模，形成更冷的长周期冰期，如 远日点和自转轴是倾斜角和岁差 叠加形成的 20万年大冰期间隔。
此外，大气浓度变化、地壳均衡运动和强潮汐变化三种作用能增强10万年周期作用，给出10万年冰期周期的合理解释。
控制我们季节的地球的倾角在约 40,000 年内仅变化约 2.5 度，地球偏心率在 100,000 年内仅变化约 0.05。尽管如此，这些微小的变化仍然导致会影响地球进入的冰河时代。然而，对于系外行星，变化可能要大得多。先前对无卫星类地系外行星宜居性的研究发现，倾角、偏心率的变化可以导致冰川失控（雪球状态）来灭绝大型动物，影响行星的宜居性。 [71] [72] [73]
一研究首次将 n 体和倾角模型用于 宜居行星的3D 海洋耦合气候模型，把行星轨道的偏心率、倾角和进动等数据应用于在与生命进化发展相关的百万年时间尺度上瞬态变化。
宜居带 中系外行星的表面条件和部分宜居性随时间变化，因行星系统结构和轨道动力学的不同。类地行星的偏心率和轨道倾角周期的频率和幅度对气态巨行星或其它伴星的轨道特征的相对较小的变化很敏感（Horner el，2020 ）。这些反过来又驱动轴向倾角和进动周期的变化的幅度和频率，对地表气候条件和长期宜居性产生影响。
地表的宜居性在天文时间尺度上随季节和每年变化很大，但广阔海洋的巨大热容量维持了温和的海洋温度。当轨道偏心率和行星倾角 导致宜居性 永久或暂时下降到一个极限后，行星不太可能适合生命存在，这可能发生在靠近宜居带边缘的系外行星上，这些行星在气候系统中具有低热惯性，同时经历极端的轨道周期，容易经历极端的温度变化，当巨行星过于靠近行星时会减少行星的宜居表面积。
在偏心巨行星的影响下出现的极限偏心周期下，宜居表面积会增加。因此，一个有一定偏心率的巨型气态巨行星可能有利于宜居带上的类地行星的宜居性，前提是它与较小行星的距离足够大以防止高振幅倾斜周期，因为振幅影响着温度变化，出现高振幅时容易引发雪球事件。
在寻找太阳系以外的生命时，应将注意力集中在那些有可能在我们所知的生命出现和扩张所需的较长时间内保持宜居条件的行星上。可观察到的行星结构是长期宜居性的决定因素之一，因为它控制着轨道演化，并最终控制着行星接收到的恒星通量。
通过一组 n 体模拟和假设行星系统的倾角模型，这篇论文证明类地行星的偏心率、倾角和进动周期的振幅和周期对巨型伴行星的轨道特征很敏感。气候模拟显示了上述特征对不断变化的地表条件和地表长期宜居性具有决定性作用。
类地行星的宜居性随着类木伴星的偏心率而增加，前提是平均倾角足够低，距离足够远，可以在整个行星的轨道年内维持其表面大部分地区的温度，不至于发生全球结冰。 [74]
对系外行星的观测表明，与太阳系相似的行星排列很少 见。大多数行星系统 都有超级地球，比地球大几倍，靠近它们的恒星，而太阳系的内部区域只有几颗小的岩石行星，水星轨道内没有。 只有 10% 的恒星拥有与木星和土星相似的长周期巨行星 ， 而这少数巨行星很少有远离恒星的稳定、近乎圆形的轨道 。
如果在太阳系历史的早期，木星和土星漂向太阳，向地球送来冰陨石，这些特征就可以解释。在这之后，这两颗巨行星随后又飘到了现在的位置。「这种微妙的编排所需的一系列偶然事件表明，类似地球的小型岩石行星——也许还有生命本身——在整个宇宙中可能是罕见的。」
气态巨行星也不能离生命正在发育的物体太近。一颗或多颗气态巨行星的近距离放置可能会直接或通过漂入宜居带破坏潜在生命行星的轨道。
这可以产生混沌的行星轨道 ，尤其是在具有高轨道离心率的大行星 的系统中。
对稳定轨道的需求排除了具有行星系统的恒星以及亚恒星天体，其中包含轨道靠近主恒星的大型行星（称为「热木星 」）。热木星向内迁移到它们当前的轨道的过程中，它们将灾难性地破坏宜居带内任何行星的轨道。更糟糕的是，热木星更常见于围绕 高金属度 F 和 G 类恒星运行。
天王星 和海王星 （被称为「冰巨星 」）存在于太阳星云密度降低和轨道时间延长的区域，这使得它们在那里的形成非常难以置信。相反，这两者被认为是在木星和土星（被称为「气态巨星 」）附近的轨道上形成的，外行星的迁移对于解释太阳系最外层区域的存在和性质也是必要的。
从彗星 得到的太阳系早期物质样本表明，太阳系早期形成的物质从较温暖的太阳系内部迁移到柯伊伯带区域。
木星 挡了一部分比木星轨道更远的超大陨石，木星和土星轨道的共振将海王星移入柯伊伯带，在海王星轨道外迁过程中，木星也被引力拉着 接近火星轨道，强大的引力干扰了火星和地球的形成过程，把火星和地球轨道上的天体，变成几颗较小原行星，其中一颗叫忒伊亚的原行星，撞击到原始地球，形成月球。并在随后的几亿年过程中不断给地球送了陨石，给地球的生命诞生补充了大量氨基酸和核苷酸等有机元素。
有机化合物在太空中比较常见，由「复杂分子合成工厂」形成，这些工厂出现在分子云 和星环包膜 中，并在主要由电离辐射 引发反应后发生化学演化。嘌呤 和嘧啶核碱基 ，包括鸟嘌呤 、腺嘌呤 、胞嘧啶 、尿嘧啶 和在陨石 中发现了胸腺嘧啶 。这些可能为早期地球 上形成DNA 和RNA 提供了材料。彗星喷出的物质中发现了氨基酸甘氨酸 ；它早先在陨石中被发现。彗星包裹着深色物质，被认为是一种焦油 状有机物质，由简单的碳化合物在电离辐射下形成。来自彗星的大量物质可能将如此复杂的有机分子带到地球。据估计，在晚期重轰炸期间，陨石可能每年向地球输送多达 500万吨 有机元素。 [75]
外行星迁移的引力变化过程将大量小行星送入内太阳系，严重耗尽原始小行星带，它达到今天的极低质量的过程发生在地球不断遭受陨石撞击的晚期重轰炸时期——大约发生在大约 41 到 38 亿年 前。 [76] [77]
系外行星系统中存在生命有两个潜在要求：首先，该系统具有小行星带，其次，存在驱动小行星撞击类地宜居行星的机制。由于在太阳系中，长期共振已被证明对驱动小行星撞击很重要，小行星带区域内的长期共振很罕见。因此太阳系有些特殊，但生命的出现可能需要的微调程度并不过分。模拟表明，当两个巨行星接近 2:1 平均运动共振时，小行星带不稳定，会引发行星诞生初期的小行星大量撞击。 [78]
目前发现的系外恒星系，只有几个这样的轨道布局，这是因为样本少的原因。我们需要加强天文望远镜的观测能力，发现更多系外行星。
④巨大卫星
行星 必须富含超重的可衰变元素（需要前置条件星系诞生几亿年前发生的中子星撞击事件） 在 刚开始形成后，被另一颗大星球以刚刚好的角度撞过一次 ，让行星内部重元素衰变产生的热量被大量释放， 不至于在地表产生过多的火山释放过多温室气体（金星），也不至于快速冷却失去板块构造能力（火星） ，刚刚好能够产生足够的海底火山，能形成海底的生态系统，让早期海洋富含矿物质，能适合海洋碳基生命繁衍。
月球是由一个火星 大小、质量约为地球 10%的天体与地球相撞后释放的物质吸积而成的，发表在 2016 年报告中的月球岩石分析表明，撞击可能是直接撞击，导致两个星体彻底混合。 [79] 2019 年发表的其他证据表明，忒伊亚可能是在外太阳系 而不是内太阳系 中形成的，而且地球上的大部分水都起源于忒伊亚。在地球形成过程中，地球被认为经历了数十次与行星大小的天体的碰撞。形成月球的碰撞将只是一次这样的「巨大撞击」，但肯定是最后一次重大撞击事件。
天文学家认为地球和忒伊亚之间的碰撞发生在大约45.2亿 年前；太阳系形成 后大约 几千万年后。忒伊亚被认为以斜角撞击地球。
根据巨撞击假说，忒伊亚围绕太阳运行，几乎沿着原地球的轨道，靠近日地系统两个更稳定的拉格朗日点（即L4或 L5 ）中的一个）。忒伊亚最终因木星、金星或两者的引力影响而偏离了这种关系，导致 忒伊亚和地球之间的碰撞。
计算机模拟表明，忒伊亚以大约 45 度角撞击地球时的速度不超过 4 公里/秒。
还有一个假说认为月球和地球是一起形成的，而不是像巨撞击假说所暗示的那样分开形成。这个模型由Robin M. Canup 于 2012 年发表，表明月球和地球是由两个行星的大规模碰撞形成的，每个行星体都比火星大，然后重新碰撞形成现在所谓的地球。再次碰撞后，地球被一个物质盘包围，这些物质吸积形成月球。这个假设可以解释其他人不能解释的证据。 [80]
2022年10月一篇新的研究发现，巨撞击假说可以很好解决月球的类地同位素组成与撞击器预期的不同特征之间的问题。这种撞击后几个小时内快速冷却成新地球,具有下图椭圆形状的罗氏内部初始轨迹的卫星通常可以变成月球这样的轨道。
根据目前的研究，早期恒星系 原始行星之间发生碰撞组成新的行星是一件高概率的事件。
类太阳恒星系的类地行星，几乎每一颗类地行星都会经历至少一次巨大碰撞。
类地行星形成的后期阶段主要是巨大的撞击，这些撞击共同影响着任何形成的行星的生长、组成和可居住性。通过对类太阳恒星周围的行星形成进行 280 次模拟发现，在 164 个地球模拟物中，只有 15 个经历了能量足以剥离整个大气层的撞击。剥离大约一半的大气层需要与最近的月球形成巨大撞击模型相当的能量。在 模拟期间，几乎所有地球模拟物都至少收到了一次符合此标准的撞击，中位数是 3 次巨大撞击。在模拟开始后，最后一次的巨大撞击的中位时间为 4300万，这使我们得出结论，月球形成撞击的时间在类太阳恒星周围的行星系统中是典型的。 [81]
但值得注意的是 像原始地球 和 忒伊亚这样的撞击事件不是一件高概率的事件。
在原行星大碰撞期结束后，行星形成重力稳定的卫星频率在~50%，但如果仅算质量在月球一半以上的卫星，概率会下降到~2-25%。因此，每 12 个类地行星中就有 1 个拥有一颗巨大的卫星。不确定性的主要来源是行星-卫星系统碰撞结果和演化的建模。 类地行星在宜居带中很常见，但拥有巨大且稳定卫星的行星只占其中的 10%。 [82]
这次撞击会形成一个比较快速的自转和对太阳的倾角来产生不同的气候条件 ，让各处具有不同的生态系统，提高生物演化速率，增加智慧文明出现几率。
这次撞击产生后的碎片产生一个较大且较近的卫星来产生潮汐锁定 ，让原始生命能在地表浅滩在周期性涨潮中搁浅攒够紫外线+脂质的条件形成原始细胞膜，让早期生命通过潮涨潮落慢慢适应陆地环境。
最新的科学研究证实，地球的强磁场，诞生与地球早期的原行星撞击事件有关。 [83]
很多人可能认为 磁场是地球自转形成。然而地球自转的速度不足以产生这么强的磁场，现在的地磁产生模型 认为 地球磁场是由地球外核 中铁水和镍混合物的对流 运动产生的电流 产生的：这些对流是由地核逸出的热量引起的，这是一种称为地球发电机的自然过程 。
十余年来，学界不断发现的证据表明，目前造成磁场的内地核，这个由铁和镍构成的坚固球体，最初并不存在，它是10亿年前刚刚出现的。然而，没有内地核，外地核中的液体就不会运动，也就不会有磁场。
2007年，对内地核不利的苗头开始显露时，加州理工的大卫·史蒂文森（David Stevenson）提出一个颇具远见的假说。
据他测算，只要地核质量中氧化镁占比达到0.8%，就能产生磁场——因为镁有厌铁属性。而地核含铁量多达90%……关键就在这儿！
他的想法是，如果这些氧化镁当时混在了地核中，它们就会尽力逃往铁的外围，从而形成对流。
地球刚形成不久，一颗大如火星的星体同它狠狠地撞在了一起。部分撞击碎片在环绕地球的轨道上旋转，逐渐聚合形成了月球；而在地球上，撞碎的星体物质在高温下液化，本来不可能进入地核的地幔成分，就这样全部融进了地核。融入地核，把氧化镁带了进去。这些氧化物使地球发电机运转起来，形成了磁场……
实验证实了这一观点，氧化镁融解度和温度成正比，氧化镁的外逸只发生地核表面温度最低的地方。氧化镁在这一分界面上逸入地幔，留下一层更重的纯铁流回地心，从而引发全球性的对流，产生磁场。 [84]
要是没有这个磁场，地球还能孕育出复杂生命吗？不得而知。
总之，应该优先在拥有卫星的宜居行星上寻找地外生命。
近几年的系外行星系统统计发现，拥有超级地球或亚海王星行星的恒星系似乎拥有比我们仅凭偶然看到的更多的气态巨行星，这个概率近乎接近90%，而太阳系类结构仅占~1%。 [85] [86]
综合考虑，估计 ⑤和⑥同时出现的概率约是 0.1%。
⑤合适的 海洋
温度变化的幅度在很大程度上受有效热容量的限制，有效热容量对应于地球上的海洋与陆地的比例。行星具有大量海洋成分的行星应该只会经历几度的适度升温和降温。
水不能多也不能少 ，多了地球表面都是水，难以形成可以用火的文明，少了早期海洋生物诞生的几率下降，不能生产大部分氧气来饱和与富集金属矿物，缺少含氧大气难以生成需要高耗氧的智慧文明，缺少富矿难以开启工业文明。
臭氧层可以阻挡紫外线。防止紫外线分解水，生成氢气逃逸。臭氧层大概在5亿年前生成，停止了水的分解，太阳系早期有陨石补充，之后陨石密度下降，水就成了类似石油一样的不可再生资源，这恰好奠定了地球目前7:3的海陆面积比。
2022 年 11 月 Dennis Höning ,Tilman Spohn 研究了类地行星上的土地比例多样性及其对宜居性的影响，分别有三种类型，陆地行星、海洋行星和平衡的类地行星。
长期碳酸盐-硅酸盐循环模型显示，陆地和海洋星球的平均地表温度相差约 5 K。较大的大陆表面部分导致较高的风化率和更高的去气效应。
陆地星球与海洋星球和现今的地球相比，预计会有更干燥、更寒冷和更严酷的气候，可能还有更广阔的寒冷沙漠，陆地和海洋星球的生物生产力和生物量减少了地球的三分之一到一半。
这些行星上的生物圈可能不足以产生足够的氧气。 [87]
因为没有相关数据，很难估计系外行星的海陆比的问题，不过一般认为这些行星含水量在0-20wt%之间，根据行星形成轨道的不同有很大差异，而地球约为0.1wt%，太阳因为具有高丰度的铝26，行星具有低含水量 [88] ，而大多数类太阳恒星的行星具有更大的含水量，具有更多的没有陆地，海洋深几十公里的行星，这些行星因为缺少浅海大陆架，光合作用生物很难大量繁殖，积累足够的氧气。
2、宜居行星总结 支持复杂生命的行星数量和比例
为了确定一个行星是否宜居，需要考虑其表面温度、大气组成、表面水的存在、地球一样的磁场以及许多其他因素。未来，通过更好的望远镜和探测器技术，我们将能够更好地了解宜居系外行星的可能性，从而更好地了解我们的宇宙。
行星表面能否存在液态水取决于行星表面能量接受和耗散的动态平衡，这种动态平衡取决于很多方面。例如，恒星的质量、半径、光度、转速、恒星活动、金属度、年龄，它们是天文学家最容易观测到的数据，也是行星大部分能量的来源，从很大程度上决定了一个行星系统的宜居性。恒星的质量是恒星效应中最重要的属性，它是决定恒星半径，有效温度，光度类型和主序寿命的主要因素，质量越大的恒星光度越大，温度越高，寿命越短。
同时大质量恒星光致蒸发效应会使靠近恒星的原行星盘难以吸积形成短周期行星，因此为了容易寻找系外行星，搜索倾向于质量较低的恒星。频繁的恒星活动会影响周围行星，导致氢元素的逃逸，使行星逐渐失去地表液态水和大气层。而恒星大幅度的亮度变化，会使行星的气候发生改变。恒星主要是由氢与氦组成，也包含其他重金属成分，恒星的重金属含量与原始行星盘里的重金属含量有直接关系。低重金属含量的原行星盘会使恒星周围形成行星的可能性降低，而任何行星若是缺少金属成分，形成后的质量就会变低。火星、水星这样的小质量行星并不利于生命的存在。因此，恒星的属性对行星的宜居性产生了重要影响。
行星宜居性的影响因素还包括行星质量、半径、密度、年龄、反照率等。行星的大气层源于行星形成中释放的气体和从周围圆形星状星云中捕获的气体。一颗质量更大的行星可以释放和保留更多的原始大气，拥有更大的液态核心，产生的磁场也越强，可以防止年轻恒星强烈活动产生的极紫外线辐射和恒星风对大气层的破坏，对复杂生命更有利。更大的行星具有足够的衰变物质，内部加热可以维持长久的板块活动，这将有助于大气层中气体的捕获、埋藏、再释放的循环，动态调节温度。
此外，反照率也是影响行星表面能量接受和耗散动态平衡的重要因素之一。反照率是指行星表面反射太阳光的能力，对于恒星辐射到行星表面的能量量至关重要。一个行星表面的反照率受很多因素影响，包括大气成分、地表物质的化学组成、地形起伏、大气散射等。一个高反照率的行星意味着它可以反射更多的太阳辐射，从而减少表面的温度，反之则会增加表面温度。因此，行星的反照率是影响行星宜居性的重要因素之一，直接影响行星从恒星接收的能量和损失的能量之间的动态平衡而产生的地面有效温度，从而影响表面液态水存在。
行星重力较小，使得大气层难以保持，这是因为重力控制了大气分子的行动方式。如果行星的质量越小，那么大气层就越容易流失，这会导致行星逐渐失去形成时留下的能量，从而停止其地质活动。对系外行星的观测表明，1.5倍地球半径的系外行星可能是岩石行星半径的上限半径，再大的行星密度就会下降，形成迷你海王星。这些行星密度较小，大气层难以保持，因此它们不太可能宜居。
潜在宜居系外行星的质量通常在0.1到5倍地球质量之间。行星系统包括行星与恒星的距离、离心率、转轴倾角、自转速率和进动。这些因素通过控制行星在其轨道上接受的恒星辐射以及影响对气候系统进而影响行星宜居性。行星接收到的恒星辐射量取决于它与母恒星的距离和半长轴。迄今为止，发现的大多数系外行星的半长轴小于水星的半长轴。离主恒星较近的行星自转速度较慢，可能被潮汐锁定。行星的自转速度决定了大气环流的模式，影响大气中云的水平传热和空间分布。自转速度较慢的行星通常磁场较弱，这使得它们的大气层更容易流失。虽然潮汐锁定可能导致前缘大气结冰，但如果大气环流充足且有云层存在，则可以减少前缘和后缘的温差。
行星轨道的偏心率也会影响表面能量平衡。偏心率越大，行星在其轨道最远点和最近点接收到的恒星辐射量的变化就越大，导致地表温度波动越大。然而，大气稠密和深海的行星具有很高的热惯性，因此可以缓冲恒星辐射时间的变化，而大气稀薄和干燥的行星更容易受到恒星辐射时间变化的影响，从而导致气候振荡。地球上的季节变化不是由它的偏心率引起的，而是由它的轴向倾角引起的，这是地球自转轴与其轨道平面之间的角度。
轴向倾角决定了太阳通量在行星表面的分布方式。对于低倾角的行星，例如地球，平均通量在赤道上来回摆动，产生四个季节。然而，对于具有高倾角行星，例如天王星，恒星辐射的模式会发生显著变化，两极接收到的通量最大，而赤道接收到的通量最小。这些变化对气候的确切影响目前只能通过计算机建模研究得知。此外，轴向倾斜的大小和变化速度也需要考虑，因为过快或过慢的变化可能对宜居性不利。
除了轴向倾角的大小，轴向倾角随时间的变化也必须考虑在内，因为快速或持续的倾角变化可能不利于行星的宜居性。轴向倾角的变化会影响行星的气候和地质活动等方面。一个重要的影响是季节变化的强度和分布方式。对于地球这样的低倾角行星，其季节变化是由于轴向倾斜和自转所引起的，而高倾角行星的季节变化则更为复杂。
围绕低质量恒星运行的行星可能会经历潮汐剥离，导致永久性的低轴向倾角和均匀的气候。尽管这种气候是均匀的，但它可能对复杂生命的进化和适应构成挑战。此外，轴向倾角的剧烈变化可能导致季节性极端温度和气候波动，从而对生命的存续和繁衍产生负面影响。
在地球上，轴向倾角是一个长期变化的过程。在过去4.1万年的时间里，地球的倾角在3度范围内变化。这种变化是由多种因素引起的，其中一个主要因素是巨大的卫星质量。对地球自旋角动量演变的计算表明，如果没有月球，地球的倾角将可能在数百万年内达到60度。尽管这是极端的情况，但即使在这种条件下，也不能排除生命存在的可能性。
紧凑的行星系统通常不支持宜居的类地行星，因为行星产生的潮汐力可能导致能量失衡，从而导致内部区域的温室效应失控或产生气态巨行星。宜居行星的研究主要集中在宜居带内的行星，但这是否意味着宜居带外的行星不能存在生命？
虽然宜居行星的研究主要关注于宜居带内的行星，但研究人员已经将潜在的宜居行星分为四类。第一类宜居行星的恒星和行星具有物理条件，能够让复杂的多细胞生命在地球大小的行星上进化。第二类宜居行星可能存在生命，但是它们与第一类有所不同，其物理条件类似于金星或火星等世界，因此复杂生命形式的发展可能性较小。第三类宜居行星拥有直接补充富含硅酸盐核心的地下海洋，而第四类宜居行星位于两层冰之间的宜居带，冰下或冰上有液态水。在这样的环境中，即使简单的生命形式的出现也可能极其困难，因为生命所必需的成分可能很稀有。
在行星系统中，潮汐作用可能会导致行星轨道上的能量失衡，这会使得内部区域的温室效应失控或产生气态巨行星。因此，紧凑的行星系统很少支持宜居的类地行星。
综合考虑，类太阳恒星有0.004%的可能性具有和太阳系差不多的宜居行星系统。 则在银河系宜居带上2.5亿宜居恒星中，有 10000 颗这样的能发展出文明的行星。
二 ：细胞生命 的诞生与进化
1 .细胞生命诞生 的 大过滤器
生命是具有 物质能量代谢并维持体内平衡、能对刺激做反应 、能进行自我繁殖 、 一代代个体在生老病死的更替中经过自然选择发生进化以适应环境的选择性交换物质的活跃物质集合。
新陈代谢和自我复制的能力有时被视为判断生命的根本条件，称之为生命现象，很多人会将具有生命现象的物体误认为是生命。
病毒、能自我复制的晶体，不被认为是生命。因为它们往往缺乏在自然环境中自我繁殖并进化的能力。
普遍的科学假设是，从非生物到生物的转变是一个由简单到复杂，逐渐增加复杂性的过程，这要求生命需要具有并增殖自身遗传信息，提高复杂性的能力。
而这一切都需要一个稳定、具备充足物质和能源的环境。
目前的生物起源假说主要有 深海热液喷口起源假说 、 陆地热液喷口起源假说、粘土世界假说 。深海火山烟囱起源假说的部分具体请看 li zeng的回答。
深海热液喷口起源假说的理论如下：
碱性物质组成的火山口产生了自然因素下的化学物质的渗透 梯度，是地球生物这种依赖渗透压而获得能量的生物诞生的理想之地。
火山口的岩石孔隙提供了一种浓缩有机分子的天然手段，由铁硫等矿物充当化学反应的催化剂，随着RNA的积累，复制，自然选择，生命由矿物「细胞」逐渐积累复杂性，变成有机细胞。
原始生命的新陈代谢其实就是个争夺电子的过程，而这种过程自然情况下也能发生，在一定的梯度下，电子这种负离子会像水流一样，从高到低移动，通常这种水流有两种：
- 由浓度梯度引起的扩散 力——包括离子在内的所有粒子都倾向于从高浓度向低浓度扩散。
- 由电势梯度引起的静电力——质子 等阳离子 倾向于沿着电势扩散，而阴离子 则向相反方向扩散。
这两个梯度加在一起可以表示为电化学梯度 ，为非生物合成提供能量。
深海热液喷口内的矿物颗粒表面具有类似于酶的催化特性，可与 氢气、硫化氢、水中溶解的二氧化碳发生化学反应 产生简单的有机分子，如甲醇 、甲酸 、乙酸 和丙酮酸 ,。
2016 年发表的研究支持生命起源于热液喷口，地壳中的自发化学反应 可在具有浓度差的岩浆与水的交界处 相互作用产生，在热力学上支撑了生命的起源，并且古细菌和细菌的创始谱系是依赖氢气的自养生物，它们使用二氧化碳作为能量代谢的终端受体。
基于这一证据，地球最开始的生命 LUCA 「可能严重依赖火山口的热能来生存」。
热液喷口中的能量反应可以提供利用许多不同的矿物自由能来降低化学反应的门槛，促进化学反应。这些，很有利于产生生命。
我个人认为地球生命起源最可能是陆地热液喷口起源假说。
Mulkidjanian 等人认为，海洋环境没有提供普遍存在于细胞中的离子平衡和组成，也没有提供几乎所有生物体中发现的必需蛋白质和核酶所需的离子，尤其是在钠离子和钾离子比率方面，以及 锰离子和锌离子和磷酸盐的浓度上。
他们认为，地球上所需条件的唯一环境是陆地热液喷口。
在缺氧环境下的这些环境中的矿床将具有合适的 pH 值（而目前在含氧环境中的矿池则不会），含有吸收有害紫外线辐射的硫化矿物沉淀物，具有可将底物溶液浓缩到可自发形成的浓度的润湿/干燥循环核酸、聚酯和缩肽的聚合物，由热液环境中的化学反应和在从通风口到相邻水池的运输过程中暴露于紫外线下产生。
对于存在于陆地热液喷口中的有机化合物，它们很可能是由碳质流星送来的。从流星落下的分子随后在酸性或微碱性地热泉中的脂肪酸在干湿循环后组装成囊泡，因为陆地热液喷口中的离子溶质浓度较低，因为它们是淡水环境，而海水中的离子溶质浓度较高，更难形成脂质膜 [89] 。至于进化意义，依赖合成有机化合物的淡水异养细胞后来进化出光合作用，因为它们不断暴露在阳光下，并且它们的细胞壁带有离子泵以维持它们进入海洋后的细胞内代谢 [90]
该假说认为陆地热液喷口的环境类似于深海热液喷口的环境，这有助于解释 LUCA 靠质子浓度差来维持生命活动的这个特征。
对陆地热液喷口的实验研究支持了这一假设，因为实验证明 RNA 聚合物是在多次干湿循环和暴露于紫外线后合成的。
RNA分子自我复制机制有可能揭示生命的起源。特别是，通过 RNA 催化的模板化 RNA 合成的自我复制被认为支持了一个原始的「RNA 世界」的假说。
为了充分了解当今活细胞中发生的过程，我们需要考虑它们是如何在进化中产生的。所有这些问题中最基本的问题是遗传信息的表达 ，今天这需要非常复杂 的机器，并通过RNA 中间体从DNA 到蛋白质。 这种机器是如何产生的？一种观点认为，在现代细胞出现之前，地球上就存在一个 RNA 世界 。根据这一假设，RNA既存储遗传信息又催化原始细胞中的化学反应。只是在进化时间的后期，DNA 才接管，因为遗传物质和蛋白质成为细胞的主要催化剂 和结构成分。如果这个想法是正确的，那么离开 RNA 世界的转变就永远不会完成。RNA 仍然催化现代细胞中的几个基本反应，可以将其视为早期世界的分子化石。
有人提出，地球上的第一个「生物」分子是通过矿物晶体表面的金属催化形成的。原则上，一个复杂的分子合成和分解系统（新陈代谢 ）可能早在第一个细胞出现之前就存在于这些表面上。但是生命需要具有关键特性的分子：催化直接或间接导致产生更多类似它们的分子的反应的能力。具有这种特殊自我促进特性的催化剂可以利用原材料进行自我复制，从而将这些相同的材料从生产其他物质中转移出来。但是什么分子可以在早期细胞中具有这种自催化特性呢？在当今的细胞中，最通用的催化剂是多肽，由许多具有化学多样性侧链的不同氨基酸组成，因此能够采用具有反应性化学基团的多种三维形式。但是，虽然多肽作为催化剂是通用的，分子 可以通过直接指定另一个完全相同序列的形成来复制自己。
多核苷酸有一个与多肽不同的特性：它们可以直接指导其自身序列的精确拷贝的形成。这种能力取决于核苷酸亚基的互补 碱基 配对，这使得一个多核苷酸能够充当模板 以形成另一个多核苷酸。这种互补的模板机制是现代细胞中DNA复制和转录的核心。
但是，通过这种互补 的模板机制有效合成多核苷酸需要催化剂来促进聚合反应 ：没有催化剂，聚合物 形成缓慢、容易出错且效率低下。今天，基于模板的核苷酸 聚合被蛋白质 酶（例如DNA 和RNA 聚合酶）快速催化。在具有适当酶特异性的蛋白质存在之前，它是如何被催化的？这个问题的答案始于 1982 年，当时人们发现 RNA 分子本身可以充当催化剂。RNA分子是核糖体 上发生肽基转移酶反应的催化剂 。RNA 分子作为信息载体和催化剂的独特潜力构成了 RNA 世界假说的基础。
因此， RNA 具有能够催化其自身合成的分子 所需的所有特性。尽管在自然界中尚未发现 RNA 分子的自我复制系统，但科学家们希望它们可以在实验室中构建。虽然这个演示不能证明自我复制的 RNA 分子在地球生命起源中是必不可少的，但它肯定表明这种情况是可能的。
尽管RNA 似乎很适合形成一组自我复制的生化催化剂的基础，但 RNA 不太可能是第一种这样做的分子 。从纯化学的角度来看，很难想象 RNA 分子最初可以通过纯非酶促方式形成多长时间。一方面，RNA的前体核糖核苷酸很难非酶促形成。此外，RNA的形成需要面对一系列竞争反应形成一长串的3'到5'磷酸二酯键，包括水解、2'到5'键、5'到5'键等等。 .鉴于这些问题，有人提出，第一个同时具有催化活性和信息存储能力的分子可能是类似于 RNA 但化学上更简单的聚合物,例如PNA。
我们在当今的细胞中没有这些化合物的任何残留物，这些化合物也没有留下化石记录。尽管如此，这些「类 RNA 聚合物」的相对简单性使其比 RNA 本身更适合用于地球上第一个具有信息存储能力和催化活性的生物聚合物。
蛋白质催化剂需要一个具有独特轮廓和化学性质的表面，一组给定的底物可以以完全相同的方式，在该表面上发生反应。具有适当折叠形状的RNA分子 可以用作RNA聚合酶 。像一些蛋白质一样，这些核酶中的许多通过将金属离子定位在它们的活性位点来起作用。与仅由多核苷酸链的有限化学基团所能解释的相比，该特征赋予它们更广泛的催化活性。
同样,像蛋白质一样，RNA 的每一种构型都具有不同的催化活性。此外，仅核糖体 中 rRNA 的结构和功能就清楚地表明，RNA 是一种用途广泛的分子 。因此很容易想象，一个 RNA 世界可以达到高水平的生化复杂性。
RNA的三维折叠结构会影响其稳定性、对其他分子的作用以及复制能力。因此，某些RNA在RNA混合物中都会特别成功。因为在任何RNA复制过程中都不可避免地会出现错误，这些RNA的新变体将随着时间的推移而产生。
某些催化活动在生命的早期进化中具有至关重要的意义。特别考虑一个帮助催化模板化聚合过程的RNA 分子 ，将任何给定的 RNA 分子作为模板 复制。（这种RNA核酶 活性已 在体外 直接得到证实）这种分子通过可以催化自身的复制，还可以促进其附近其他类型的RNA分子的复制。如果这些相邻的 RNA 中的一些具有催化作用，以其他方式帮助 RNA 生存（例如，催化核糖核苷酸的产生），那么一组不同类型的 RNA 分子，每一个专门针对不同的活动，可能会演变成一个合作系统，以异常高的效率进行复制。
后来科学家发现，如果RNA混合物中 RNA合成需要的底物特别多，浓度很高，那么哪些长度越短，自我复制越快的RNA片段越容易占得优势，破坏这种合作系统，这样很难形成更复杂更长的RNA，自然界中的RNA可能最早就是这种短RNA链，这些链可能是后来某些病毒的起源。
由一个疏水部分（水不溶性）和另一部分亲水 （水溶性）组成的容器。当这些分子置于水中时，它们会聚集，将它们的疏水部分布置成尽可能多地相互接触，而将它们的亲水部分布置成与水接触。适当形状的两亲分子自发聚集形成 双层 ，形成小的封闭囊泡，其含水的 部分与外部隔离。通过简单地将磷脂和水混合在一起。可以在试管中证明这一现象：在适当的条件下，会形成小囊泡。目前所有的细胞都被一种由两亲分子（主要是磷脂）组成的 质膜 包围。
据推测，第一个膜 结合细胞是通过一组两亲分子的自发组装形成的，其中包含RNA （或前 RNA）和其他分子的自我复制混合物。目前尚不清楚这首先发生在生物催化剂进化的哪个阶段。无论如何，一旦 RNA 分子被密封在一个封闭的膜内，它们就可以作为遗传指令的载体开始进化：它们不仅可以根据自身的结构进行选择，还可以根据它们对另一方的影响来选择。分子在同一个隔间 。RNA 分子的核苷酸 序列现在可以以单一活细胞的特征表达。
当今细胞中蛋白质合成的分子过程似乎极其复杂。尽管我们了解其中的大多数，但它们在概念上并不像DNA 转录、DNA 修复和 DNA 复制那样具有概念意义。很难想象RNA指导蛋白质合成是如何进化的，因为它现在是由蛋白质和RNA分子的复杂联锁系统进行的。显然，在翻译装置的早期版本已经到位之前，蛋白质不可能存在。虽然我们只能推测蛋白质合成的起源和遗传密码，但一些实验方法已经提供了可能的场景。
体外RNA选择实验已经产生了可以与氨基酸紧密结合的 RNA 分子。这些 RNA的核苷酸序列通常包含不成比例的高频率的被识别氨基酸的密码子。例如，选择性结合精氨酸的 RNA 分子具有优势的 Arg 密码子，而结合酪氨酸的分子具有优势的 Tyr 密码子。这种相关性并非对所有氨基酸都是完美的，它的解释是有争议的，但它提出了有限遗传密码的可能性可能源于氨基酸与特定 RNA 序列的直接结合，RNA 作为粗模板来指导一些不同氨基酸的非随机聚合。在前面描述的 RNA 世界中，任何有助于指导有用多肽合成的 RNA在生存的进化斗争中都将具有很大的优势。
在当今的细胞中，tRNA用于将氨基酸与密码子匹配，蛋白质催化 tRNA 氨酰化。然而，在实验室中创建的核酶可以进行特定的 tRNA 氨酰化反应，因此类似 tRNA 的转座子可能出现在RNA世界中是合理的。这一发展将使「 mRNA 」序列与氨基酸的匹配更加有效，并且可能会增加可用于模板化蛋白质合成的氨基酸数量。
最后，通过催化肽键形成，蛋白质合成的早期形式的效率将显着提高。这种进化发展不存在概念上的问题，因为正如我们所见，这种反应是由当今细胞中的rRNA催化的。人们可以设想一种粗肽基转移酶核酶，随着时间的推移，它会变得更大，并获得将带电 tRNA 准确定位在RNA模板上的能力——最终导致现代核糖体. 一旦蛋白质合成进化，向蛋白质主导世界的转变可能会继续进行，蛋白质最终会接管大部分催化和结构任务，因为它们具有更大的多功能性，有 20 个而不是 4 个不同的亚基。
RNA 世界的细胞可能比当今最简单的细胞更简单，更有效地自我繁殖，因为 RNA 分子的催化效率不如蛋白质。 它们将仅由一个简单的膜组成，该膜 包含一组自我复制分子和一些其他组件，这些组件需要为它们的复制提供材料和能量。如果上述关于 RNA 的进化推测是正确的，那么这些早期细胞将遗传信息存储在 RNA 中而不是DNA 中。
可以在它们之间的化学差异中找到RNA 在进化中出现在DNA 之前的证据。与葡萄糖 和其他简单碳水化合物一样，核糖可以由甲醛 (HCHO) 形成，甲醛是一种简单的化学物质，在试图模拟原始地球条件的实验室实验中很容易产生。脱氧核糖 更难制造，在当今的细胞中，它是由核糖在蛋白质酶催化 的反应中产生的 ，表明核糖早于细胞中的脱氧核糖。糖磷酸骨架中的脱氧核糖使 DNA 链在化学上比 RNA 链更稳定，因此可以保持更长的 DNA 长度而不会断裂。
以上就是RNA世界的主要内容，上述内容来自【细胞分子生物学】这本书。
达尔文阈值或达尔文过渡是Carl Woese 引入的一个术语，用于描述当遗传传播 主要从水平模式转移到垂直模式时的第一个细胞 生命进化过程 中的过渡期。 [91]
当最后一个普遍共同祖先（LUCA） 主要基因来源不是水平基因转移（HGT或LGT ），基因突变在同代之间传播而获得遗传为主要遗传方式，而是垂直基因转移（VGT ），以自我复制为主要遗传 方式时的过渡期。达尔文阈值之后，生命演化逐渐变成树状分支，在此之前可能是一团互相关联的网状。
此外2005 年研究显示了分支之间的水平基因转移。 [92]
随着 LUCA 后代的后期基因库，共享AT/GC 规则 的共同框架和标准的 20 个氨基酸，水平基因转移将变得可行并且可能已经很普遍。
1998 年，Carl Woese 提出，任何个体有机体都不能被视为 LUCA，所有现代有机体的遗传信息都是通过古老有机体群落之间的水平基因转移获得的。 其他作者一致认为，在 LUCA 时代存在一个「复杂的集体基因组」，水平基因转移在后来群体的进化中很重要。 [93]
2010 年，从所有生命领域获得的大量分子序列，支持普遍共同祖先的存在，而不是包括水平基因转移在内的广泛替代假设。 [94]
共同的生化原理使得所有生物都极有可能拥有一个共同的祖先。虽然结果压倒性地支持单个 LUCA 的存在，但这并不意味着 LUCA 永远是孤独的：相反，它是唯一一个其后代在古太古宙之外幸存下来的细胞， 胜过所有其他细胞。
2016 年，Madeline C. Weiss 等人对来自代表许多生物的系统发育树的已测序原核基因组的 610 万个蛋白质编码基因和 286,514 个蛋白质簇进行了基因分析，并确定了 355 个可能与 LUCA 共同的蛋白质簇。
结果「将 LUCA 描述为厌氧、依赖于 氢气和二氧化碳 还原性乙酰辅酶 A途径、氮固定 和嗜热。LUCA的生物化学充满了FeS基和自由基反应机制。」辅酶还揭示了「对过渡金属、黄素单核苷酸( FMN ) 、 S-腺苷甲硫氨酸、辅酶 A、铁氧还蛋白、钼蝶呤、可林和硒元素的依赖性。其遗传密码需要核苷修饰和 S-腺苷甲硫氨酸依赖性甲基化。」 它们表明产甲烷杆菌靠近系统演化树的根部，根据这 355 个蛋白质谱系推测，LUCA 可能因此居住在一个厌氧热液喷口环境中，该环境位于富含 氢气和二氧化碳和铁的水与热岩浆相互作用的热液喷口中。 [95]
LUCA当然有基因和遗传密码。它的遗传物质很可能是 环形 DNA，因此它生活在RNA 世界之后。 DNA 被一种酶DNA 聚合酶保持为双链，该酶识别 DNA 的结构和方向性。 [96]
DNA 的完整性由包括DNA 拓扑异构酶在内的一组修复酶维持。如果遗传密码基于双链 DNA，它是通过将信息复制到单链RNA来表达的。RNA 是由依赖于 DNA 的RNA 聚合酶使用与 DNA 相似的核苷酸产生的。它有多种DNA 结合蛋白，例如组蛋白折叠蛋白。 [97]
遗传密码被表达成蛋白质。这些由 20 个游离氨基酸通过核糖体、转移 RNA和一组相关蛋白质的机制翻译信使 RNA组装而成。 [98]
至于细胞的大体结构，它包含一个被脂质双层膜有效包围的水基细胞质；它能够通过细胞分裂进行繁殖。它倾向于通过特定的离子转运体（或离子泵）排除钠和浓缩钾。
细胞通过复制分裂来繁殖。该细胞利用化学渗透作用产生能量。它还通过乙酰基还原二氧化碳和氧化氢气（产甲烷或产乙酸硫酯）。
对可能追溯到 LUCA 的一组蛋白质进行的系统基因组学和地球化学分析表明，LUCA具有 K+ 依赖性 GTP 酶，其细胞内液的离子组成和浓度似乎很高 K+/Na+ 比率、Np+、Fe2+、CO2+、Ni2+、 Mg2+、Mn2+、Zn2+、焦磷酸盐和 PO3 -4 离子浓度，这意味着LUCA诞生于陆地火山温泉。 [99] 地球化学重建表明，有助于细胞起源的离子成分不可能存在于海洋环境中，但与内陆地热系统的蒸汽排放占主导的区域相符合。在缺氧、以二氧化碳、氮气等成分为主的原始大气，地热田盆地的化学性质类似于现代细胞的内部环境。进化的前细胞阶段 RNA世界 可能发生在冷凝和冷却地热蒸汽的浅水池中，池内衬有多孔硅酸盐矿物，混合金属硫化物，富含 K+、 Zn2+和磷化合物。 [100]
此外，这些蛋白质与自养（生物体创造自己的有机物的能力）无关，这表明 LUCA 具有异养生活方式（消耗有机物），并且其生长依赖于物理环境产生的有机物。
更多关于 LUCA 生活方式的线索正在浮现。现代生化途径的研究专注于与系统发育方法相同类型的反应。相似地，实验室实验还证明了乙酰辅酶A途径的终产物和中间体的自发合成，这是LUCA生理学的支柱；新发现显示甲酸盐、甲醇、乙酰基部分，甚至丙酮酸盐以高产率自发产生在有利于生命的温度 (30˚C–100˚C) 的二氧化碳、天然金属和岩石与水的缝隙中。 LUCA 碳和能量代谢的遗传学起源是否取决于热液化学条件？产生了第一个生化途径，进而产生了第一个细胞？通过基因追溯到 LUCA上进行的古老的生化途径 似乎都集中在热液喷口自发发生的反应。从基因、生理学、实验室化学和地球化学角度来看，LUCA很可能诞生于火山造成的岩石与水的交界处。
生命起源情景有两种主要且截然不同的类别：一种是预测生命出现在海底热液系统中，那里的化学不平衡可以为新生生命提供能量来源；另一种预测生命出现在陆上环境中，因为在那里可能会发生紫外线催化RNA脱水反应以形成生命的基石.
至此，在紫外线照射的水流中，以氰化氢和硫化氢为起点的化学反应网络可以产生组成蛋白质、脂质、RNA 的化学成分,不会产生的其他化合物。 [101] 在RNA 世界 条件下,单种RNA自我复制出了至少四种 RNA 谱系，每个谱系中的 RNA 相互依赖地进行复制，提高复制网络的复杂性。 [102]
一篇2019年论文描述了一个生命起源可能的环境 [103] ，它利用了上述两者的优势：地表上的热液喷口，浅层和地表热液系统中可以大量生产生命大分子的关键原料分子，如果超还原碳和富含氮气的气体与火山喷口处的地下水相互作用，导致喷口水中的联乙炔、乙炔、氰基乙炔、氰化氢、亚硫酸氢盐、硫化氢和可溶性铁的浓度为 1 mM 至 1 M。
鉴于地表热液喷口在年轻、炎热的类地行星上可能无处不在，这些结果确定了一个在生命起源前可能存在的局部地球化学环境，地球上的生命有可能起源于这种环境。
RNA的起源情况之一：
2019 年，Carell 团队搞出了 能在远古地球的环境条件及简单的无机底物作用下同时产生四种 RNA 核苷酸的过程 。该过程不需要复杂的分离和纯化，即可产生关键的生命组分。 [104]
基于核糖的 RNA 和四种典型核苷 A、G、C 和 U 是现代生命和生命起源假说的核心，例如「RNA 世界」，其中 RNA 链自我复制和进化以提供越来越复杂的化学系统。
此类 RNA 是直接从规范核苷酸（A、C、G 和 U 碱基）组装而来，还是从更简单的原 RNA 系统进化而来尚不清楚 。
但目前的研究已经可以建立针对嘌呤和嘧啶 RNA 制造的反应网络 ，从简单的大气或火山分子开始。 分子的复杂性是由干湿循环产生的。
任何能够提供干湿条件的环境都可能是 RNA 起源的合适场所。
假设生命起源的化学反应发生在几个分开的盆地中有一个或两个水流，以允许交换可溶性分子。
反应的中间产物可能会因物理化学相关等参数的波动而积累，从而分离可溶性和不溶性材料。 在重新建立溶解度的进一步反应后，化合物可以重新组合。
假设早期地球提供的环境条件在可能由酸雨（SO2、NOx）引起的微酸性 (pH 3) 或由碳酸盐引起的碱性 (pH 10) 之间波动。 尽管这里描述的大部分化学反应是在高温下进行的，但反应也会在较低温度下发生，但反应时间要长得多，比2天要高很多。
假设早期地球上的温度波动就像今天一样，是由于昼夜或季节循环。 这种波动肯定会带来干湿循环，类似于现代的干旱和降雨。化学所需的地球物理要求，包括高温，可能存在于地热田或地表热液喷口中，这是地球早期的合理地质环境。
形成RNA和DNA的嘧啶和嘌呤的化学途径始于氰基乙炔，它可能在地表热液中形成 通风口。 如果 氰基乙炔 与氨反应，则有可能形成丙二腈 作为嘌呤合成前体的途径。 合成嘌呤和嘧啶的另一个关键分子是 NO2−，亚硝化丙二腈 需要丙二腈 。
氰基乙炔已被证明是通过 Cp-N2 气中的放电大量形成的，它也是 Cu 介导的 HCN 和乙炔在水中反应的产物。最终由 NO 还原产生，NO 是闪电穿过含有 N2 和 CO2 的潮湿大气时大量形成的。
NO2− 在 HSO3− 存在的情况下对羟胺的形成也至关重要，HSO3− 由火山 SO2 形成 ，前生物环境中可达到的 NO2− 浓度尚有争议，最有可能在浅水池塘中积累。 一般来说，NO2− 有限的稳定性不会成为问题，前提是它在形成时被 HSO3− 迅速捕获。干湿循环输送了 NO2−、HSO3− 或尿素 等分子 它们在大气中形成后被雨水吸收。
他们的研究显示早期地球化学环境可以自发建立稳健的化学反应网络，允许从相对复杂的混合物中有效地制造RNA的关键中间体，然后根据这些物质溶解度等特性通过地球上自然存在的干湿循环进行物理富集或分离。
反应网络中嘧啶和嘌呤核苷的同时形成可以追溯到几个 关键起始分子，例如氰基乙炔、Np、NpOp（二磺酸盐）、HCN、尿素 、甲酸和异氰酸酯，以及亚硝酸盐、碳酸盐和硼酸盐等盐类。
Zn 或 Fe 等金属及其离子在生命起源中起着重要作用，这与它们在LUCA的代谢周期中的参与一致。嘧啶形成所需的硫化亚铁组成表面催化剂可能是早期生命起源化学的平台.
如果存在磷酸盐矿物，如绿锰矿或鸟粪石，各种磷酸组成的核苷酸就会整合到途径中。
一篇2022年的研究，提出地球上，信息的分子（如 RNA）的出现，RNA 的基本组成部分可能是由富含碳的陨石提供的，或者是由早期地球大气中氰化氢 (HCN) 合成开始的过程就地产生的。
早期地球大气层由陨石撞击脱气产生的氢气供应，氢气来自海洋蒸发的水、火山产生的二氧化碳和海底热液喷口产生的甲烷，其中闪电和外部紫外线驱动的化学物质会产生 HCN。
HCN 通过降雨 蒸发 干湿循环 再流入 生命起源的那个地热田或地表热液喷口 也被叫做 温暖的小池塘 (WLP) 。
他们计算了核碱基、核糖和核苷酸前体（如 2-氨基恶唑）的丰度，这些前体是由水和紫外线驱动的化学反应产生的。
他们发现在 44亿年前，地球表面的池塘中腺嘌呤浓度的极限是 0.05μM 。这些浓度可以维持超过 一千万年。陨石将腺嘌呤输送到 WLP 中可以使浓度提高 2-3 个数量级，但这些提高会在几个月内因紫外线光解离、渗漏和水解而耗尽。
大气的早期演化主要是由于撞击率下降和大气逃逸导致的氢减少，以及 pO 光解产生的含氧物质（例如 OH）的增加。他们的工作指出地球上 RNA 的起源在形成月球的巨大撞击后的约 两千万年范围内。 [105]
此外氨基酸的手性也能证明生命起源于地表热液喷口。
当今大部分生物的氨基酸都是左手性，而DNA和RNA这类核糖是右手性。当物理或化学过程在不优先生产一种或另一种手性的情况下会自发地产生大量过量的两种手性之一时，就会发生手性对称性破缺：(L)左手 或 (D)右手。涉及手性产物的无机过程通常会产生两者的外消旋混合物。然而地球上的生命只使用一种左手性型氨基酸(L) 和右手性型核糖 (D)。自大约 140 年前巴斯德时代以来，这种选择性手性的起源一直是生命起源的基本谜团。
大多数氨基酸和糖分子以彼此的镜像或手性图像出现，称为对映体。然而，地球上的生命大多是单一手性的：蛋白质几乎只含有 L-氨基酸，而只有D-糖出现在 RNA 和 DNA 中。尽管在过去几十年中对同手性的理论和实验理解取得了很大进展，但这种基本的生命不对称性背后的机制仍然未知。
原始地球上生物分子手性对称性破缺出现的三种潜在机制：
第一，生物分子的手性对称性破缺是由局部环境波动驱动的随机过程；
第二，它是由恒星的圆偏振紫外线辐射驱动；
第三，它是由基本粒子级别的对称性破缺驱动的。
对于我们太阳系和系外行星中对映体过量的存在，这些机制中的每一种都会导致不同的观测结果。 [106]
钾的丰度和生物学作用表明其不稳定核素存在于陆地生物发生的所有阶段。凭借其在太古宙中更高的同位素比率，40K 可能促成了原始地球中存在的特殊的，也许是独特的生物遗传条件。与 U 和 Th 放射性核素相比，40K 具有较少破坏性的放射化学影响，这可能会推动原始生物分子的结构和功能特性发生适度但持续的进化。在主要β-衰变路线40K，由钾离子太古代溶液产生的辐射剂量可以比地球上目前的背景辐射大一到两个数量级。受间接影响的有机分子的钾离子在有机分子溶液的溶剂中的扩散过程中发生了大量β−衰变，影响到氨基酸中手性的选择。左撇子β−发射的粒子40K 是通过原始地球中的弱核力引发L型氨基酸过量的最佳候选者。
浓度依赖性辐射 同位素 40K 非常适合生命起源的干湿循环的场景。 [107]
40K 衰变的直接和间接影响可能以不同方式影响了分子结构的生命起源前的进化。
弱力的宇称破坏是一个自然过程，原则上，它可能会产生过量的明确手性的氨基酸。 两种类型的弱力可以提供手性不对称性：
(i) 由 Z0 玻色子介导，
(ii) 由 W+ 或 W− 玻色子介导。
理论计算表明，由弱力引起的手性不对称性，例如 β 衰变导致的，应该大几个数量级。 因此，由于弱核力的宇称破缺，β 衰变是提供左手性氨基酸过量的最佳候选者。过去已经进行了数次对由 β- 或 β+ 源或人工极化电子引起的手性氨基酸过量的研究。 使用天然 β- 衰变源进行的实验发现，在某些情况下，衰变粒子导致的差异分解有利于 左手性型氨基酸的存活 ，但在另一种情况下则没有差异分解。 对天然 β+ 衰变源进行的测试发现，湮灭强度存在差异，有利于破坏 D 型氨基酸。 纵向极化电子实验表明，左手性电子比右手性电子更有效地降解 D-亮氨酸。总而言之，实验证据表明 β-衰变可能会引发左手性型氨基酸即L型氨基酸过量。 β-衰变发射手性粒子的两个候选 是 40K 或 14C，但 40K 发射的 β- 粒子比 14C 发射的具有更高的能量，因此具有更好的让氨基酸偏向左手性的效果。 因此，40K 是比 14C 更好的生物分子手性起源的候选者，不仅因为它在太古宙中的辐射剂量比今天更高，而且因为它的手性信号强度更高。
在加拿大魁北克省的一个古老海床的热液喷口沉淀物 中发现了化石微生物（微化石）。 这些可能有 42.8 亿年的历史，是地球上最古老的生命证据，这表明在44.1 亿年前海洋形成 之后「几乎瞬间出现了生命」. [108] [109]
2018年，通过比较 现代生物的基因组（在细菌 和古细菌 领域），可以推断出最后一个普遍共同祖先 （LUCA）的存在和年龄，以及最小的基因集。分子钟 模型表明，LUCA 很可能生活在44.77 到 45.19 亿年前，刚好在忒伊亚和原始地球发生碰撞的时间段附近，在地球的冥古宙的时期 [110] 。
如果确实为真，那么LUCA可能诞生自地球之外 [111] [112] ,因为这个时候的地球温度超过几百度，水都是以水蒸气的形式存在，因此LUCA可能来自其它行星，来自外星自然播种。
生物体的遗传复杂性演化拟和曲线显示，生命在地球形成之前就已经开始了。 [113] [114] 生命可能起源于自然化学反应网络RNA系统。遗传复杂性，粗略地用非冗余功能核苷酸的数量来衡量，由于几个正反馈因素，预计会呈指数增长：基因合作，基因复制及其随后的特化，以及与现有基因相关的新功能生态位的出现.
遗传复杂性在对数尺度上的线性回归外推表明生命起源于 约 97 亿年前，银河系类地行星形成时间最早约90亿年。这种生命进化的宇宙时间尺度具有重要的后果：生命花费了大约50亿年达到细菌的复杂性；
生命起源和进化到原核生物阶段的环境可能与地球上设想的环境大不相同；在地球起源之前我们的宇宙中没有智慧生命，因此地球不可能被外星智慧生命故意播种；地球是太阳在恒星托儿所的幼年时期由其它大质量恒星超新星爆发冲击类地行星产生的陨石自然播种的；过程详见，一中 太阳的诞生以来的独特历史。
从头开始对生命起源进行实验复制可能需要模拟许多累积的罕见事件；用于估计宇宙中文明数量的德雷克方程很可能是错误的，因为智慧生命刚刚开始出现在我们的宇宙中。
也有可能LUCA是随着41亿-38亿年前的晚期重轰炸的陨石来到地球上的，这些陨石可能来自小行星轨道和火星轨道，哪里在45亿年前有充足的火山和水冰。
或在忒伊亚撞击原始地球之前就已经在这两颗原行星中的某一颗上存在了，随后在陨石中坚持了几百万到几千万年到了海洋诞生的时机，重新开始了新的繁衍。如果luca在忒伊亚撞击原始地球之前就已经存在，那么它很可能不是诞生自海洋，而是诞生自陆地热液喷口。
目前我们已经通过实验逐步证实RNA世界理论的一些猜测。
只要存在这样的陆地热液喷口，诞生生命的可能性就会随着时间的增加逐渐提高，原始地球上起码存在几十个这样的火山热泉，各种催化物和原料混合在一起， 催化出200多个有意义的RNA片段就可以诞生自我催化复制的RNA生命。
RNA片段不是随机打出来的，是会有自我选择的，越容易自我复制的RNA片段越容易被打出来。
2001年，美国麻省理工学院的科学家们成功「制造」出了一种有18个RNA片段的叫做R18的、具有部分自我复制功能的核酶分子，当然，R18的功能还远不能和我们40亿年前的那个共同祖先相比——R18仅仅能够复制自身不到10%的序列，也就意味着R18这样的「生命」一代之后就会衰退死亡，而我们的祖先需要100%复制自身的能力。但这毕竟是一个概念上的巨大突破。要知道，既然人类科学家都可以在短短几年内设计出一个具备初步复制能力的核酶，没有理由怀疑无比浩瀚的地球在几亿年的时间里不能孕育出一个真正的完全自我复制的RNA集团。
一种名为tC9Y的长度为202个核苷酸的RNA催化酶可直接在水冰形态的 RNA 溶剂中复制出206个核苷酸的RNA片段，产生RNA 聚合酶，并且特别适应零下温度，并能够在低至 -19°C 的温度下在冰中合成 RNA。该RNA酶能够在60小时内催化比自身更长的 RNA 序列的准确合成，这是RNA自我复制进而演化出第一个生命的理论的一个重要基石。 [115]
这意味着 生命诞生的算法不是 时间复杂度 O(n\times {n!}) 的随机的猴子算法。
而是逼近 O(n\times ln(n)) 的遗传算法。
打出202个核苷酸序列的催化酶,两者差了起码1e379倍。
若平均每12小时迭代一次,最理想的情况 遗传算法约536天就可以诞生完全自我复制的RNA，当然真实情况可能花费了几千万年才完成RNA世界，诞生第一个RNA细胞。
而随机猴子算法要约1e379年，宇宙诞生到现在才约1.38e10年。
古菌中的吃氢气和二氧化碳的产甲烷菌，基因组的碱基对数约在1.7e6个，有1800个以上的基因。
LUCA的基因数推测为355个，假设平均每个基因有900个碱基对，则luca有3.5e5个碱基对。
假设每2天迭代一次，从202个核苷酸的自我复制的RNA分子发展到LUCA 3.5e5个碱基对，最理想情况需要72年。
2. 光合和有氧呼吸的真核生物的诞生 的 大过滤器
在地球生命的演化史诗中，生命有几次巨大的飞跃。
第一次是在大约20多亿年前，原核生物演化出真核生物 ，蓝细菌早在35亿年前就存在了，就是说生物产氧在35亿年前就出现了，不过，当时地球是还原性环境，刚产出的氧就被消耗了，直到24-21亿年前，海洋中的产生氧气量终于突破一个极限，把各种还原性矿物质基本上都变成氧化物。
蓝藻这类生物自养型生物开始不断的吸收大气和海洋中的二氧化碳和甲烷并将其以有机物的形式固定在海底，这导致地球二氧化碳和甲烷浓度不断下降，温室效应降到极低，太阳辐射温度不能有效被温室气体保存，反而被逐渐增多的冰川发射到太空，氧气可能将大气中的甲烷（一种强温室气体）氧化成二氧化碳（一种较弱的温室气体）和水。这削弱了地球大气层的温室效应，导致行星变冷，直到 出现24亿-21亿年前的把赤道都冻上冰川的成铁纪 休伦冰期 第一次雪球地球事件，造成海水富氧化事件 。
在海水富氧化事件之后紧跟着的是出现利用氧气来支持生命活动的原始真细菌，再之后就是，将蓝菌和真细菌，整合到体内的为当今植物祖先的叶绿体真核生物藻类，以及把真细菌整合到体内的动物祖先 古菌，它们两个都开启了膜内折和内共生，创造出真核生物。
第二次是在距今5.6亿年前，各种生物门类的出现推进了地球生命向复杂演化的速度，这一时期被称为寒武纪生物大爆发，在寒武纪生物大爆发之前还有一段被称为埃迪卡拉纪的时期， 埃迪卡拉纪是震旦纪的末期，在震旦纪出现第二次雪球地球事件 ，
在震旦纪（距今约8亿年～距今约5.7亿年）的雪球地球事件中，大量自养型和异养型浮游生物又一次疯狂繁殖，又一次榨干了大气中的二氧化碳（甲烷基本上没了，二氧化碳更难逃逸出大气），导致了一次相比上一次，削弱版的雪球地球事件，这次事件又一次提高了地球大气含氧量。
在埃迪卡拉纪（震旦纪末期），浅海海底长满了各种各样的菌毯和简单多细胞生物，菌毯的厚度能堆到几米， 这些丰富的自养型生物为寒武纪的各种复杂生命的异养型生物提供了进化的培养皿 。
在大约18亿年到7亿年前的时光里，生命演化再次停滞，地球海洋中的生命似乎停止了进化，地质学家将这一时期称为"无聊的十亿年"。
硅酸盐碳酸盐循环，无聊的十亿年中 通过这个循环形成温室效应、积累二氧化碳浓度和增强地壳厚度，为寒武纪大爆发需要的强季风气候的提供物质基础。
那么为什么会出现20多亿年前的成铁纪的休伦冰期和5.6亿年前的埃迪卡拉纪的丰富菌毯和之后的寒武纪的生物大爆发呢？又为什么会出现无聊的十亿年呢？
我们可以看到这两个高速进化的时期的相同特点是生物通过光合作用获得了巨大的生物量，从而提高了生物的演化速率，也就是生物的总质量增大了很多倍，导致生物数量增大很多倍，导致总体生物的进化速率提高了，直到某一个生物进化为超级卷王，其后代卷死了其它同类型生物，霸占了某个生态位。这个不难理解吧，就像新冠病毒繁殖数量提升了，导致新冠病毒变异速度也提高了，直到出现delta病毒和奥密克戎。
那么什么因素会导致生物量的提高呢？
1.首先是光合作用的效率，光合效率越高，单位面积该光合生物获得的太阳能越多，能产生的生物量也越大。然而在蓝藻这种占生物量百分比巨大的简单生物上并没有出现高等植物的C6循环这样显著提高光合作用效率几个百分比的进化。这个推测并不成立
2.提供光合作用和生物繁殖的物质增多了，我想这才是这两个时期生物大爆发的关键因素。
海水富营养化是指海水的各种营养元素浓度升高的过程，在自然环境中这个过程与地质活动密切相关，准确来说是板块运动产生的全球造山运动
例如：钼、铁、钒这类起催化作用的过渡金属元素是大多数复杂生物的必需元素。
2008 年的一篇研究论文推测，地球早期海洋中钼的稀缺可能对真核生物 （包括所有植物和动物）的进化产生了强烈影响。 [116]
生物圈中各种固氮微生物构成了生物圈氮循环的重要组成部分。固氮酶是一种负责催化固氮作用的 酶，固氮作用是将氮 (N2) 还原为氨 (Np)，这是维持地球生命的重要过程。在各种固氮细菌中发现了三种类型的固氮酶：钼 (Mo) 固氮酶、钒 (V) 固氮酶 和纯铁 (Fe) 固氮酶。钼固氮酶存在于固氮菌 中，例如豆科植物 相关根瘤菌 。
我们完全可以认为，如果没有固氮酶，全球的氮循环的效率将大大降低，生物量积累远没有如今这么高这么快,大型动物的能不能存在都还是个问题。
地球上的板块运动主要由大洋中脊产生，大洋中脊通常是地壳最薄弱的地方也是海拔较深的地方，哪里密布火山，一批从地幔涌出的岩浆会被水冷却固化，然后下一批地幔涌出的岩浆把上一批凝固的岩浆往旁边挤开，造成凝结岩石形成的板块不断向两边生长，直到挤压到另一个板块，形成山脉。
这也就意味着只有地球这种表面有很多液态水的行星才有可能缔造碳基生命，如果地表没有很多水，那么我们的大气会和金星一样，被火山不断喷发产生的二氧化碳和硫化物所覆盖，成为一片地狱。
地球不断运动 的构造板块相互撞击，板块边界的岩石就会产生褶皱隆起，形成绵亘的山脉。板块碰撞形成的山脉可以持续生长数亿年或更长时间，但即使是最高的山脉有诞生就有消亡，因为风、流水以及冰川 会侵蚀这些山峰。
目前的山形成大致有两种方式，
1.岩浆涌上地壳，并突出地表很多。这种火山通常不会连绵一片，只会形成很小的一片区域，有点像地球上的青春痘。
2.上面说的板块碰撞，造成岩石的错位、挤压、堆叠，最终形成连绵一片的山脉，有点像地球上两块皮缝在一起，肿起的疤痕组织。
对于地球大气能产生显著影响的是大片连绵的山脉，山脉像墙一样阻挡了来自海洋的含水大气，形成密集降雨区域，产生广袤的河网，收集河流沿途的矿物质，一部分堆积在冲积平原，大部分并最终冲入海洋，在河流入海口形成富含矿物质的三角洲，这些矿物质滋养了浅海的生物群落，产生了大片吃蓝藻或自身就是蓝藻的自养型和异养型的浮游生物，这些浮游生物的尸体堆积到今天，便是石油的来源。
而地球上的山脉是什么时候出现的呢？科学家通过一种高温高压下产生的一种宝石——锆石来确认山脉的年龄。通过研究全球各地的锆石，科学家得出在地球演化的历史过程中，出现过 两次超级造山作用 ，第一次大约在20亿至18亿年前，第二次在6.5亿至5亿年前，与上面两次生物大跃进时期高度一致。
在20亿年之前，可能只有小片露出水面的陆地，当时的岩石强度不支持太高的山脉。
根据澳大利亚西部皮尔巴拉克拉通的地质证据，中太古代被认为是现代板块俯冲的发源地。约 31.2 亿年前 ，西皮尔巴拉与东皮尔巴拉之间的边界处存在一个现代式洋弧的会聚边缘。到29.7 亿年前，皮尔巴拉地体与东皮尔巴拉地体会聚并吸积到东皮尔巴拉地体上。中太古代可能存在一个小的超大陆 Vaalbara 。
中太古代燧石中氧同位素的分析有助于重建中太古代表面温度。这些燧石导致研究人员估计海洋温度约为 55-85°C，而其他风化率研究则假设平均温度低于 50°C。
中太古代大气中含有大量的甲烷和二氧化碳，这可以解释这个时代的高温。中太古代大气中的二氮含量被认为与今天相似，这表明氮在那时地球的热平衡中没有发挥不可或缺的作用。
Pongola冰川作用发生在 29 亿年前 左右 ，由大气光合作用的演化引发。 具有多种新陈代谢的微生物生命在中太古代时期扩大并产生影响早期地球大气成分的气体。蓝藻产生氧气，但氧气直到太古代晚期 25亿年前才开始在大气中积累。
在20亿年前之后，出现了第一个超级大陆 —— 哥伦比亚超大陆，并创造了遗留至今的长达几千公里的造山带。
大约在17亿年到7.5亿年前，地球上的造山运动进入低沉时期，没有形成类似喜马拉雅山的巨大山脉，直到6.5亿年-5.0亿年前，地球再次进入超级造山运动。6.5亿年前，东冈瓦纳和西冈瓦纳 两个大陆碰撞，形成冈瓦纳超大陆。它始于6.50-5.9亿年前阿拉伯-努比亚地盾 与北非板块碰撞，随后是5.8-5.5亿年前印度与非洲碰撞，最后是5.25-4.9亿年前南极洲 与非洲碰撞。 地球两次超大规模的造山运动与地球生命演化的两次飞跃惊人的重叠，即妮娜大陆碰撞形成超大陆的时间与地球上第一个真核细胞的出现相吻合，超级冈瓦纳大陆的形成时间与5.75亿年前第一批大型动物的出现相吻合 。
前面我们已经知道了真核生物诞生需要的物质基础，即 海洋富营养化催生的大批量光合产氧的原核生物，例如蓝藻，所创造的富氧海洋。
除此之外，真核生物的诞生与地球生物自身的奋斗和机遇也离不开干系。
在20多亿年前的缺氧海洋里，到处都是比拼快速复制的原核生物，对于原核生物这种只靠 细胞膜和少量细胞器上的一点点 生物膜来提供细胞能量的生物来说，遗传物质越少，DNA越短，繁殖速度越快。
对细菌来说，复制速度就是一切，细菌这种以指数式繁殖的生物，只要繁殖速度快一点点，就可以靠数量碾压，打败其它的细菌，占领资源，为了尽可能的提高繁殖速度，细菌把DNA片段 删减到只有几百个 几千个有效基因，突变出的基因靠 水平基因转移 在细菌之间传递 基因片段 质粒。
水平基因转移使得 每个细菌带的质粒多多少少有点不同，细菌们通过 水平基因转移 获得了分布式 容灾系统，当某个基因 繁殖时发生错误 变成一个质粒时，如果该细菌没因为这件事而死，那么就可以向其它细菌水平转移出这个多出来的质粒，其它细菌就获得了一个新的基因。
如果这个质粒长期起不到作用，那么它在细菌群落的基因库中占比越来越小，直到有一天彻底消失。反之，它就会一直存在。
这就是细菌拥有超强抗药性的原因，突变出的抗药性基因可以在同代细菌之间水平传递。
目前最流行的真核生物诞生假说是这样的。
在20多亿年前的那个时代，空气中存在大量甲烷，甲烷是比二氧化碳还强的温室气体，导致了早期地球呈现比较温暖的环境，也导致了分解甲烷的细菌大量存在，有分解甲烷的细菌，自然就有产生甲烷的细菌。这些分解甲烷的细菌的某些，因为水平基因转移，获得了非常丰富的无氧呼吸基因，而产生甲烷的细菌的某些 靠 二氧化碳+氢气 产生有机物和能量 存活，代谢产物就是甲烷。
长达三亿年的休伦冰期，第一次雪球事件，因为上文提到的 山脉的形成，造成了海洋的富营养化，蓝藻大量繁殖，释放了巨量的氧气，把海水中的氧气含量拉高，氧气强劲的氧化作用杀死了大量靠无氧呼吸链而存活的细菌，而存活下来的细菌们有的获得了合成抗氧化蛋白的基因、有的演化出了有氧呼吸系统。
有一种产生甲烷的细菌的后代，它们脱去了细胞壁，扭动细胞膜，像阿米巴原虫那样胞吞别的细菌，靠吃别的细菌为生，为了防止最重要的DNA被氧气氧化，它们把DNA团在一起，包在一层细胞膜里面，阻挡氧气的进入。在海洋富氧化的情况下，海洋中的氢气含量已经不足以让它们维持在海洋表面的生存，只能逃到低含氧的深海区，海底的火山 上存在大量火山释放的二氧化碳和氢气，当然还有硫化氢，火山口存在大量硫酸盐还原菌，这是一种今天还大量存在在火山口上的细菌，它们以火山喷发出的还原性物质为食，靠无氧呼吸为生。硫酸盐还原菌的比产生甲烷的细菌的海底适应性要强，甲烷菌打不过硫酸盐还原菌只能找其它的细菌为食，某次它找到了一个以甲烷为食的具有无氧呼吸和有氧呼吸能力的 α变形菌门下的名为 Proto-mitochondrion的原核生物。真核生物的祖先摄入了此种细菌，在吞噬了大量细菌后，水平转移了吞噬的细菌的DNA，最终在同类细菌的内部重新组装出一个新的细胞器，完成内共生作用，获得了有氧呼吸和其它无氧呼吸的能力，最终成为后来的单细胞和多细胞真核动物的祖先。
这个获得了有氧呼吸的细菌后代，最终离开海底火山，到达海洋表面，并接下来继续吞噬了 蓝藻，获得了光合作用的能量，成为后来植物的祖先，其中某些真核光合细菌 还被多次套娃式的吞噬过，至少发生了5次以上。
银河系大约有几百上千个这样的有潜力演化出 具有 有氧呼吸能力的 可以演化出肌肉 进行运动的高级生物的 微生物行星。
当你限制 这些微生物未来的发展潜力，认为它们不需要通过光合细菌、大型动物、工业文明这些大过滤器，那么微生物行星的数量要多很多，红矮星和橙矮星都可以考虑在内，金属度的要求也下降了很多，宜居带的要求也下降了很多，也不用考虑卫星和行星轨道布局的影响。
而 可以检测出氧气但很难诞生大型陆生肌肉运动的生物的行星最多约有 100亿颗。
可以有 600亿颗 岩石宜居行星，起码约有60亿颗行星有潜力演化出在火山口处利用化合物的自养型微生物。
三.生物到技术文明的关键演化
天体生物学家 Dirk Schulze-Makuch 和 William Bains 回顾了地球上生命的历史，包括趋同进化 ，得出结论认为，在任何类地行星上都可能诞生诸如光合作用 、真核细胞 、多细胞 和智能 等因素。给予足够的时间。他们认为，大过滤器可能是自然 灾害、强人工智能的兴起，或者由于自我毁灭或缺乏资源而无法定居其他世界。 [117]
① 生物需要通过进化达到特定的身体要求
在地球上，生命的进化是一个漫长而复杂的过程。生命从最简单的单细胞生物起源，经历了漫长的时间，在环境的选择压力下，不断进化成各种不同的生物形态。在地球上，智慧生物的诞生仅仅发生在人类这个物种身上。然而，宇宙中有着众多的行星，这些行星上也可能诞生出具有智慧的生命。那么，这些行星上的简单生物到能诞生文明的智慧生物的进化过程需要哪些生理结构，这些生理结构又是因为什么原因进化而来呢？
生物的一些生理结构对于文明诞生是至关重要的。
灵巧的手 可以 在工业革命时期 手工加工机器和车床， 聪明的神经系统 （通常是神经中枢） 来提高文明科技水平 、发达的3维视力或感知 来观察世界。这也就意味着这种生物必须是异养性大型陆生多细胞生物，这需要该行星历史上有一个类似 寒武纪大爆发 的事件，一个出现神经系统和眼来加速物种进化的关键事件节点，而寒武纪大爆发事件的前置事件是海水富营养化和海水富氧化事件。
Barrow 和 Tipler 认为从原始寒武纪脊索动物 到人科动物的进化路径是极不可能发生的事件。例如，人类的巨大的大脑 具有明显的劣势，它们需要昂贵的能量 消耗、较长的妊娠期 以及持续超过平均总寿命 25% 的幼年期。 [118]
人类其他不太可能的特征包括：
多细胞性在真核生物中至少独立进化了 25 次。但其中只有一些经历了大型化.、复杂化。
在一些原核生物中，如蓝细菌、粘细菌、放线菌、多细胞球菌也出现了多细胞合作。然而，复杂的多细胞生物仅在六个真核生物群中进化：动物、共生真菌、褐藻、红藻、绿藻和陆地植物。
多细胞合作的第一个证据，即单细胞生物协调行为并且可能是真正多细胞生物的进化前体，来自生活在 30-35 亿年前的蓝藻类生物。为了繁殖，真正的多细胞生物必须解决从生殖细胞（即精子和卵细胞）繁殖出整个生物体的问题，这是进化发育生物学研究的一个问题。动物在多细胞体中进化出了相当多的细胞类型（100-150 种不同的细胞类型），而植物和真菌中只有 10-20 种。
肌肉细胞的基因来源于十多亿年前类似阿米巴原虫的单细胞生物祖先的分子机器，用来在细胞内运输蛋白质和灵活改变细胞形态。
早期多细胞生物的活化石，海绵由一群领鞭毛虫组成，除了结构不同，成分与现在的多细胞生物没什么大的区别，具有相同的化学成分。
动物（后生动物）从单细胞领鞭毛虫进化而来，伴随着新基因产物的加入，这些基因具有向多种形态发育的特性，被称为HOX基因。
许多海洋无脊椎动物，包括各种蠕虫、贻贝和甲壳类动物，栖息在厌氧环境中或必须在厌氧条件下长时间生存，很可能在海洋充分富含氧气之前，依靠无氧呼吸多细胞动物已经出现了。 [119]
这可能表明 大型化的多细胞动物的出现很可能与氧气浓度有关，氧气浓度的上升让生物大型化具有可行性，不至于让里面的细胞因为早期多细胞动物拙劣的循环系统，分不到氧气而死亡。 [120]
使用氧气进行新陈代谢比厌氧过程产生更多的能量。使用更多氧气的生物有富余能量产生更复杂的蛋白质，获得更广泛的结构和功能，使生物体向不同的方向进化，增加生态位数量，提高生态系统的总体复杂程度。 [121] 多细胞性允许生物体超过通常由自然气体扩散 施加的大小限制：大小增加的单细胞具有降低的表面积与体积比，并且难以吸收足够的营养并将它们运输到整个细胞中。因此，多细胞生物具有体积增加而不受其限制的竞争 优势。它们可以有更长的寿命，因为当单个细胞死亡时它们可以继续生存。多细胞性还允许通过允许在一个生物体内分化 细胞类型来增加复杂性。
后生动物具有通过共同进化 增加多样性的惊人能力。这意味着一个生物体的特征可以导致其他生物体的特征进化；可能有多种反应，并且每种反应都可能出现不同的物种。例如，捕食关系产生的进化可能导致一个生物体发展出防御能力，而另一个生物体则发展出逃脱能力。这将导致捕食者谱系分化为两个物种：一个擅长追逐猎物，另一个擅长突破防御，以这种方式，可以产生巨大的多样性：已知大部分动物物种由共同进化形成。 [122]
奥陶纪大辐射是奥陶纪生物物种爆发式增长的事件，主要原因被归因于植物和生态系统的进一步发展，造成了滚雪球式的发展。
简单生物是生命进化的起点。在地球上，简单生物在环境选择压力下，逐渐演化出各种各样的形态。在其它行星上，简单生物的进化过程也可能受到环境选择压力的影响。例如，如果行星上有较强的紫外线，简单生物可能会演化出一些保护自身的机制，如合成紫外线吸收剂，以便更好地适应环境。此外，简单生物还可能演化出一些基本的代谢途径和基因传递机制，这些都是进化智慧生物的基础。
随着进化的推进，某些单细胞生物逐渐进化成为多细胞生物，从而形成了更加复杂的生物体系。多细胞生物的形成需要几个关键的生理结构和生物化学过程的支持，其中最重要的是细胞黏附、细胞信号传导和细胞分化。
细胞黏附是指细胞之间的粘附作用，它是多细胞生物形成的前提。在多细胞生物中，细胞之间可以通过细胞黏附蛋白相互粘附在一起，形成复杂的组织和器官。细胞黏附蛋白的进化可以追溯到最早的单细胞生物，它们通过细胞外基质的粘附来维持自己的生存和繁殖。
细胞信号传导是细胞之间相互交流的重要方式，也是多细胞生物形成的关键。通过细胞信号传导，细胞可以相互协作，形成高效的组织和器官。细胞信号传导可以通过多种机制实现，如细胞间隙连接、神经递质、激素等。其中最基本的机制是细胞间通过表面受体相互识别，从而触发细胞内的信号传导通路。这个过程需要多个蛋白质、分子和化学反应的支持。
细胞分化是多细胞生物形成的最后一步。在细胞分化过程中，多个细胞相互合作，分别发挥不同的功能和角色，形成不同的细胞类型和组织器官。细胞分化是一个复杂的生物化学过程，它涉及到基因调控、蛋白质合成和分泌等多个生物学过程。
在进化过程中，生物的智力水平逐渐提高。尽管智力水平的提高与物种的进化有着千丝万缕的联系，但仍然存在一些与生理结构相关的生物特征，对智力水平的提高起到了至关重要的作用。例如，大脑是动物中智力最高的器官，是人类和某些其他智慧生物进行思考、决策和行动的基础。大脑在进化过程中逐渐演化为多层次结构，并不断增加神经元的数量和连接性，这使得生物的智力得到了显著提高。
此外，智慧生物的进化还与感知器官的进化密切相关。例如，视觉系统在进化过程中逐渐演化为高度复杂的结构，使得生物能够感知更多的光学信息并进行更精细的视觉分析。听觉、嗅觉和触觉系统也发生了类似的演化，为生物提供了更加全面的感知能力。
智慧生物的进化还与代谢和营养摄取方式有关。例如，人类和某些其他智慧生物已经演化出了高度复杂的咀嚼、消化和吸收系统，使得它们能够更加高效地利用食物中的能量和养分，从而支持更高水平的智力活动。
生物的智力水平也与其社会行为有关。例如，像人类这样的社会生物需要有一定的社交技能和沟通能力，这有助于促进合作、协调和信息共享，从而更好地适应复杂的社会环境。
智慧生物的进化是一个复杂的过程，涉及多个生理结构和生物特征的演化。这些结构和特征相互作用，共同作用于智力水平的提高，并支持生物在复杂的环境中生存和繁殖。
通过对细胞、组织、器官和大脑的进化过程的分析，我们可以发现，复杂的生理结构和智慧的产生是相互关联的。生物的复杂生理结构可以为其提供更高级的感知、认知和行为能力，这些能力进而成为智慧的基础。
多细胞动物想要演化出 这些特殊的身体条件，很可能需要走上一条类似南方古猿进化到现代智人的狩猎大型动物之路。
人类的大脑体积从南方古猿开始不断变大，从比黑猩猩大一点点 450ml，慢慢增加到 1500ml。
背后是长达几百万年的狩猎采集生活，直立人是 人类祖先的第二个同时代大分支，直立人 ，脑容量 和体型与现代人相差不大，大约200万到100万年前，第一个走遍全球的人科物种，直立人与阿舍利石器有关，被认为是最早的人类祖先，能够使用火、狩猎和协调群体采集、照顾受伤或生病的群体成员，并可能有航海和艺术。
直立人可能是首个强调团队合作、分工和食物分享的人种，狩猎和采集是一种与以往模式截然不同的生存策略。具有这种行为的生物普遍具有高智慧、家族文化、群居的特性。
我们需要认识到，生物进化是一个漫长而复杂的过程，需要数百万年甚至数亿年的时间。另外，智慧的产生是一个高度复杂的过程，其发展与环境、基因、神经元和学习等多种因素密切相关。因此，对于其它行星上是否存在智慧生命的问题，我们需要持谨慎态度，同时也需要不断地开展科学探索，以期找到更多的证据和线索。
② 文明出现与生物灭绝事件的关系
但不能灭多了，只能一点点（指80%） ，因为进化就像深度学习一样，非常容易走进一个局部最优解（说的就是你 占据陆地大型生态位几亿年的蜥形纲），需要有好几轮生物大灭绝（随机梯度下降）把占据生态位的陈腐势力们杀到洗心革面，让新兴势力能走上大舞台，直到开启新一轮循环或智慧文明出现。
生物到文明的演化是一个极其复杂和多样化的过程，它包括了生命起源、物种演化、智能生物的出现以及文明的兴起等多个阶段。人类文明的兴起是一个令人惊叹的事件，它是数百万年生物演化的产物，也是数千年文化、社会和科技演进的结果。在本文中，我们将探讨这个问题，并从多个角度来解释这个复杂的过程。
天体生物学的视角
天体生物学是一门研究地外生命的学科，它探讨了宇宙中是否存在其他智慧生命，以及这些生命的进化和文明的可能性。在天体生物学中，有一个重要的概念是Goldilocks rate（或称为Goldilocks zone）。这个概念指的是一个行星或卫星的表面温度处于适宜生命存在的范围内，这个范围不应该太冷也不应该太热。这个概念也适用于生物的进化过程中，因为生物需要适合的环境来生存和进化。我们可以将这个概念与深度学习中的参数设置和超参数选择类比起来。深度学习中的参数设置和超参数选择需要适当的参数范围，以便网络能够在训练期间学习正确的特征。如果参数范围过大或过小，网络就无法学习正确的特征。类似地，生物需要适宜的环境才能生存和进化，否则它们就会灭绝或停滞不前。
分子进化的中性理论
分子进化的中性理论是一种关于分子演化的理论，它指出大部分的分子演化并不是由于自然选择的影响而产生的，而是由于基因突变的随机过程所驱动的。中性理论提出了一种新的观点，即大部分的分子变异是中性的，也就是说，它们对生物个体的适应性没有影响。只有少数变异会对生物适应性产生影响，而这些变异才会被自然选择保留下来，从而进化出新的物种。
中性理论的提出者是日本生物学家中村隆信，他在20世纪60年代初提出了这一理论。中性理论的重要性在于它揭示了分子演化的基本机制，即基因突变的随机过程。这种机制在生物到文明的演化中也同样具有重要意义。生物到文明的演化是一种随机过程，有时候一个群体的文明发展得很快，有时候则很慢。这取决于各种因素的复杂相互作用，包括环境、人口、文化、技术、经济等等。
Claudio Maccone发表的 Evo-SETI
Claudio Maccone是意大利科学家，他在1998年发表了一篇题为【Evo-SETI：一个新的天文学范例，旨在加强宇宙学、生物学、哲学和宇宙学的交叉学科研究】的论文。这篇论文提出了一种新的天文学范例，即通过研究地球上的生命，来探索宇宙中的生命。Maccone认为，通过研究生物到文明的演化过程，可以深入了解文明是如何产生的，以及在宇宙中是否存在其他文明。
Evo-SETI的核心思想是通过从地球上的生命学习，来了解宇宙中其他可能存在的生命。这种方法不同于传统的宇宙搜索方法，即通过尝试与外星人建立联系来寻找其他文明。Evo-SETI认为，通过研究地球上的生命，可以了解生命产生的条件、生命在不同环境下的适应能力、生命的演化轨迹以及生命所依赖的基本物理规律等等。这些知识将有助于我们更好地理解宇宙中的生命。
大灭绝事件对智能生命的演化的影响
除了天体生物学和机器学习的角度，大灭绝事件也是了解智能生命如何演化的重要因素之一。地球上经历了五次大规模的灭绝事件，其中最臭名昭著的是第三次大灭绝事件，也称为二叠纪末灭绝事件，大约发生在2.51亿年前。据估计，约有95%的物种在该事件中灭绝。一些研究表明，大灭绝事件可能对智能生命的演化产生了影响。
生物多样性和复杂性是演化的两个重要方面，大灭绝事件使得这两个方面遭受了沉重打击。大量物种灭绝导致生态系统崩溃，这可能会导致基础物种的消失，从而限制了更高级别的生命形式的出现。然而，一些学者认为，大灭绝事件也为新的机会和进化途径创造了可能性。因为生态系统的重建需要生命形式来适应不同的环境，这可能导致新的生物多样性和复杂性的出现。例如，新的食物链和新的生态位可能导致更多的种类和生物形式的出现。从这个角度来看，大灭绝事件可能提供了许多生态位和机会，这些机会被新的生命形式利用来填补生态位，促进了生物的复杂性和多样性的发展。
此外，大灭绝事件对地球环境的改变也可能为智能生命的进化提供了机会。例如，二叠纪末灭绝事件引起了全球性的气候变化、海平面的下降以及大规模的火山活动等环境变化。这些变化可能导致了新的环境压力和选择压力，这些压力可以促进新的进化途径和机会的出现。在这样的环境下，只有那些能够适应并克服挑战的生命形式才能生存下来，这可能会推动生物的进化和复杂性的发展。例如，一些研究表明，大灭绝事件后，恐龙等爬行动物得到了更多的机会，因为它们能够适应较干旱的环境，而哺乳动物等其他生命形式却没有那么多的优势。
总的来说，我们可以将生物到文明的演化看作是一种类似深度学习的涌现的过程，其中自然选择和随机漂变在分子和生物层面上起到了类似于finetune的作用，而大灭绝事件则是在这个过程中起到了类似于Goldilocks rate的作用，对物种的进化产生了关键的影响。在复杂生物体的进化过程中，智能的产生似乎需要同时满足多个条件，包括基因、环境和其他多种因素的相互作用。最终的文明的涌现则可能需要一些特殊的条件，如地球的稳定性、复杂生命的存在以及技术的发展。我们仍需更深入地了解这些条件以及它们的相互作用，以更好地理解生命和文明的起源和发展。
③ 在发展出文明之后，没有遭遇灭绝事件
如黑洞吸积盘、中子星撞击、超新星爆发的射流直接击中、以及恒星刚刚好经过星云的稠密区域恒星光度骤降等不幸事件。
④ 步入工业文明
文明的诞生与 智慧生物个体与环境交互产生的涌现有关。
需要前置要求很多 ，例如：
需要富矿、煤炭石油天然气等化石能源（前置为大氧化事件）。
需要一个类似古希腊（今希腊、埃及、两河流域、土耳其、意大利等地区）这种适合诞生数理逻辑论证体系的商业和航海业很容易发展的地理环境。
从低级技术文明（例如游牧/渔猎文明和农业文明）再到工业文明具有一定偶然性，因为工业文明的发展离不开科学方法论，这种严肃、富有逻辑性的方法论，人类各文明只有古希腊发展出了早期科学方法论的雏形，形式逻辑体系。
其诞生离不开古希腊小国城邦和海洋商业文化交流的影响，更深层次原因则跟希腊的特殊地理条件有关。
在古希腊城邦繁荣的海洋商业社会环境下，诞生了一大批富裕人群有闲暇时间去思考脱离柴米油盐的探求世界本原的哲学问题。
当书籍和教育水平提升后，形成了知识传承体系，人们对世界的认识积累到足够的深度，这为之后的形式逻辑的诞生提供了培养皿。
亚里士多德的【工具论】，标志着形式逻辑体系正式形成。之后欧几里得的【几何原本】则是形式逻辑体系运用的最典型范本，原本还引入了对后世影响深远的公理化体系。
在工业文明诞生之前 就在交通、农业、传播学等科技和生产力水平上达标使得文明具备足够大的生物体数量和人口密度， 想要步入农业文明需要通过交流，集成多种农作物来确保身为肉食者的生物体拥有足够的养分（因为满足上述身体要求的进化方向基本食肉）能通过农业大批量繁殖提高单位面积上的人口密度，形成国家和文明。
当一个文明能步入工业文明，基本上有很大概率可以步入星际文明。
⑤行星上生物演化的时间存在限制
诞生工业文明的黄矮星根据金属度的不同，恒星的稳定宜居带存在的时间也不同。
对太阳系而言，地球的稳定宜居带 大概在10亿年后消失，即太阳寿命为 100亿年，地球留给生命发展出星际文明的时间窗口，只有 50亿年。
如果人类文明不能在未来10亿年内，走出地球，或者改造地球，就会在这之后跟着大型动物们灭绝。
很显然人类已经拥有了这个实力。
下图是一些恒星的宜居带移动情况 [123] 。
比太阳小一点的恒星的时间留给行星的窗口大概是 70亿年。
而地球从诞生生命到现在已经花了快 40亿年。
真核生命诞生到现在已经花了近 20亿年。
考虑到不是所有的生物都像人类这样幸运，能次次抓住风口。
我们有理由认为，银河系中其它有潜力发展出大型动物的行星上，还不存在 像人类这样的智慧文明。
我这里用稀有地球中的灾害发生时间与生物发展到工业文明需要花费的时间的比值来估算生命发展出智慧文明的概率计算方法，即 重大灾害在动物关键进化期的发生频率来计算，地球上自寒武纪以来还没有发生过像古元代雪球事件那样的 赤道都冻上几公里冰的事件。21亿年前古元古代 Francevillan 化石向我们展示了早期 多细胞生命与含氧量的关系。
氧含量的上升不是线性的：相反，氧含量在 23亿年 前上升，然后在 21亿 前下降。这被称为Lomagundi-Jatuli 事件(LJE) 或Lomagundi 事件，在 Lomagundi-Jatuli 事件中，氧气含量达到了现代水平，随后在接下来的阶段下降到非常低的水平。Lomagundi-Jatuli 事件的证据已在全球范围内找到。
有人认为真核生物首先在 LJE 期间进化。Lomagundi-Jatuli 事件与在加蓬发现的被称为Francevillian 生物群的奇怪化石的出现和消失在时间上相关，这些化石似乎是多细胞生物的痕迹。这似乎代表了多细胞生命「在错误的时间开始演化」。因为当 LJE 结束时，这些生物显然已经灭绝，因为它们在 LJE 之后沉积的页岩层中不存在。
地球表面温度能支持多细胞生命而不会引发LJE这样的硬雪球事件的时间节点是约5亿年前，因气候变成潮湿温室气候而失去发展到工业文明阶段的时间节点是5亿年后，总共10亿年。其它行星可能会有20亿年。
灾害的种类可能有引力扰动造成的大陨石、碳循环不稳定引发的软雪球事件、已知像我们这样的大型动物，以百万年为单位的关键演化期有一个极端脆弱期，这个时期一旦遇到极端气候就容易灭绝，所以前文提到的太阳系具有统计学平均2700万年一次的大灭绝事件，在银河系宜居带8.5kpc处应该是个平均值，而6亿年前的太阳系可能还没有进入今天的绕银心公转轨道，因此灾难频率在6亿年前很难估计。
已知地球这样的行星每几千万年会有一次，比较大的陨石潮或剧烈火山活动，原因可能是其它恒星靠的很近扰动了太阳系内的小行星轨道和地壳。
每几万年会有一次剧烈的火山喷发导致大型动物灭绝一部分。除了在非洲的智人，其它人种好像都逐渐灭绝了。
这些都暗示着即便是地球也并不很高概率演化出智慧生物。
一些宇宙进化论者将宇宙的历史分为三个阶段和七个时代：
阶段 ：物理进化→生物进化→文明进化
时代 ：粒子→星系→恒星→行星→化学→生物→文明
他们认为文明的出现必将改变整个宇宙的环境，而生物到文明的进化，常常被认为遵循金发姑娘原则。
金发姑娘原则（Goldilocks principle）来源于童话【三只熊 】，故事中一个名叫Goldilocks的小女孩品尝了三碗不同的粥 ，发现自己喜欢的粥既不太热也不太冷，温度恰到好处。
对于人类来说，体温既不能太热也不能太冷；要在行星上形成生命，它从阳光中获得的能量既不能太多也不能太少。恒星需要足够数量的氢 ，在巨大的引力下充分聚集在一起，才能引起核聚变 。
当大量相似的物体在一定条件下相互作用时，可能会自发地出现更高时空尺度上的意想不到的结果。这种被称为涌现的非平凡现象在不同复杂系统中，例如物理系统到生物系统和社会系统中，产生自组织结构，自动的从无序走向有序，从简单走向复杂，从低级走向高级，甚至具有了自我生长、学习、反馈、进化、更新的能力，呈现非线性，整体大于部分之和的特征。
有人认为当满足金发姑娘原则时，复杂性就会出现。例如，生命不是从固体（分子粘在一起，阻碍了正确的结合）或气体（分子移动太快而无法形成有利的结合）开始的，而是从液体如水开始的，这种液体允许以正确的速度进行正确的相互作用。
在机器学习 中，Goldilocks学习率 是使算法以最少的步骤实现最小损失的 学习率。学习率太大的算法往往根本无法收敛，而学习率太小的算法收敛时间太长。
而生命的进化恰好就是一个类似于机器学习的过程，生命从环境的改变中被自然选择之手推动着以最低的成本理解世界，实现最小代价的损失，从而让自己活下来。
而一场大灾难常常会破坏金发姑娘原则，让一切归零，而生命不像机器学习那样可以重新训练，生命进化只要一次大失败（雪球事件）就前功尽弃。
在过去的十年里Claudio Maccone发表了大约 15 篇关于他的 Evo-SETI（进化和 SETI）理论的数学论文和一名为「Evo-SETI Life Evolution Statistics on Earth and Exoplanets」的书中，他提出了一个数学模型，该模型能够将寻找地外智能 (SETI)、达尔文进化论和人类历史纳入一个单一的、统一的统计图景中，简称为 Evo-SETI . [124]
他用几何布朗运动模型 (GBM)，将地球物种的进化表示为过去 35 亿年地球上物种数量的随机增加的随机过程。它的平均值随时间呈指数增长，过去的大规模灭绝被认为是不可预测的低 GBM 值。
几何布朗运动 (GBM)（也称为指数布朗运动）是一个时间连续的随机过程 ，其中随机变化量的对数遵循具有漂移的布朗运动 （也称为维纳过程 ），是随机过程满足随机微分方程 （SDE）的重要例子；它在金融 数学中用于在Black–Scholes 模型 中模拟股票价格。
众所周知的「进化分子时钟」，即分子进化中性理论所示的「分子水平的恒定进化速率」，与 Evo-SETI 模型的熵增长率一致。 [125]
分子进化的中性理论认为，大多数进化变化发生在分子水平，物种内部和物种之间的大部分变异是由于选择性中性的突变等位基因的 随机遗传漂变引起的。 中性理论允许大多数突变是有害的，但认为由于这些突变会被自然选择 迅速消除，因此它们不会对内部和之间的变异做出重大贡献，中性突变 是指不影响生物体生存和繁殖能力的突变。中性理论假设大多数无害的突变是中性的而不是有益的。因为在一个物种的每一代中只有一小部分配子 被采样，中性理论表明突变等位基因可以在种群中出现并偶然达到固定 ，而不是通过选择性优势。
Maccone提出了统计德雷克方程，这是经典德雷克方程在统计学中的扩展。给出了银河系中 外星文明数量的概率分布，以及 外星文明 与我们的距离的概率分布。
概率分布称为 b 对数正态分布（b-lognormal，b指的是 birth 出生），即对数正态分布从某个正时刻 b>0 开始，而不是从原点开始。由此产生的数学结构被证明是进化生物学家所说的达尔文进化论用来描述的分子进化平均速率的Markov & Korotayev 模型。 [126]
Maccone证明了达尔文进化论的 Markov & Korotayev 模型与 Evo-SETI 模型一致。
b-lognormal 的熵是衡量一个文明进步水平的指标。Maccone通过测量阿兹特克人和西班牙人在 1519 年的熵差，由于后者的技术优势，这位作者能够从数学上解释 2000 万阿兹特克人被几千名西班牙人击败的原因。
现在：每当发现一颗新的系外行星时，这颗系外行星在向生命演化的过程中处于什么位置，就像我们现在在地球上或更远的地方一样？他提供了在 Evo-SETI 理论框架内回答这个问题的数学标准，创建了 Evo-SETI Scale。
Maccone随后借助b-lognormals从数学上描述了从古希腊到美国的八个人类历史文明的历史发展。
显生宙地球生物多样性提升的原因可以通过生物多样性与生态系统的正向反馈来解释，就像人口增长与技术增长的关系一样，更多的生物之间能产生更复杂的竞争合作关系，能塑造更多不同的生态关系，形成不同的生态系统，这些反过来又进一步促进了物种多样性的提高。 [127]
根据地球上的数据推算。
假设存在100个物种，大灭绝后会存活30%的动物
而存活下来的动物，又有33%的动物占优势获得生态位。
其中又有10%能活到下一轮开始。
每200万年，物种数量减少到10%。
从多细胞动物到工业文明阶段最多能有20亿年。
可得 0.001×0.1=0.0001
SETI 研究所的行星科学家Pascal Lee提出 从原始生命到智慧文明的概率 非常低 0.0002。他基于地球发展智能生命需要多长时间（距直立人进化 100 万年，而地球形成以来 46 亿年）做出了这一估计。
哺乳动物大约有1000个属，4000多种，占脊索动物的10%，占地球所有物种的0.4%。
哺乳动物只有人属具有诞生工业文明的潜力。
可得万分之一，0.0001的工业文明与脊索动物属数量的概率。
已知地球在5亿年后，光合作用因为二氧化碳浓度下降，基本不能进行，不再有温带气候，生物量锐减。
而约5亿年前多细胞动物才能够大型化而不被雪球事件给消灭。
可得地球正处于一个黄金时代。
银河系工业文明存在概率的粗略计算
那么根据上述过程，把其它小过滤器概率设为100%，乐观计算，银河系演化出工业文明的概率为。
5e11 × 0.0005 × 0.0004 × 0.0001 = 1。
如果考虑太阳系是银河系内层飘到银河系宜居带上，年龄比同类型本土居民更大一些，第一个工业文明基本就是我们了。
如果你认为上述估计很粗糙，管的太多，你也可以适当把这个概率调大一点，存在 50-2个工业文明都可能。
氮气-氧气大气层与技术特征
当我们回头望去，文明最重要也最容易被其他文明观察到的一个过滤器是什么呢？
这个过滤器是 氮气量最多，富含氧气和臭氧，以及少量水蒸气、二氧化碳、甲烷、硫化物，基本没有氢气和氦气的较厚行星大气层，以及该行星的轨道位于紫外线宜居带和可见光宜居带重合处，该行星所属的恒星的光谱 合适。
较高氧气、臭氧 的含量 氧气的存在是确定行星潜在生命的重要标准，但不能确保行星具有宜居性。
氧气与高等生命息息相关，但我们不知道生命是否是造成大气中含有氧气的唯一起因。系外行星上的氧气有可能非生物过程的结果。如果离系外行星太近的话，系外行星上的海洋可能会蒸发，从而导致大气中水蒸气的数量增加。水蒸气最终可能分解成氧气和氢气，从而增加了大气中的氧气含量。因此我们还需要排除氢气的干扰。
对于较冷或处于早期的行星，其表面可能主要由氢气和氦气构成。这显然不是我们想要找的类型。
富含二氧化碳、氮气、硫化物的行星，表面很可能没有液态水，类似金星这种温室行星。
富含甲烷、硫化物、氮气，又具有少量水蒸气和氧气、臭氧的行星类似早期地球，非常容易诞生硫化细菌、硝化细菌这种直接利用化学能的无氧呼吸生命，但这些生命不能支撑足够大的细胞规模，极度依赖化学原料，因此很难说这样的行星上有高等生命。
厚大气也是一个很重要的辨别标准，较薄的大气层很难完全吸收掉宇宙射线和紫外线，并且大气压低的话，液态水也很难维持，生命诞生的窗口期会和火星一样短。
上面这些信息很容易被工业文明级别以上的文明通过行星大气光谱分析发现，只要该恒星的黄道面，面向我们这个方向，我们就可以通过光谱分析发现这个关键过滤器是不是真的。例如直径 6.5米的韦伯望远镜至少能在几百光年外分析地球大小的大气成分，十几米直径的LUVOIR、habEx可以更好的分析地外生命信息，我们没有理由相信 其他几千光年外的具有恒星系航行能力的文明不会建造更强的观测设备。
四：宇宙其他区域内的工业文明以上级别的文明的计算
基于平庸原理筛选 适合诞生工业文明的星系
本篇文章上述部分是在尽可能在平庸原理下对工业文明诞生的概率 偏乐观的估计。 即 筛选出哪些条件和地球和人类发展条件最相似的条件，并对这些条件目前观测或推测出的概率尽可能提高估计。 但实际情况可能没有乐观估计地这么高 。
棒状核球是螺旋星系在幼年期结束后达到完全成熟的标志。2008 年的一项调查发现，在遥远的过去，只有 20% 的旋涡星系拥有棒状结构，而银河系附近同类星系中这一比例约为 65%。
宇宙大约 80% 的星系缺乏类似银河系的核球，这表明它们从未经历过大规模星系合并。 至少在过去的 80 亿年中，宇宙中的星系这样的比例基本保持不变。 [128] 相比之下，密集星系团 （例如室女座 星系团 ）中大约三分之二的星系确实具有类似银河系的核球，这表明了星系的高密度分布可以促进矮星系之间的合并，促进第一星族恒星（富金属星）的形成。
随后的研究使用哈勃太空望远镜 发现，许多星系并非没有类似银河系的核球和悬臂构造，而是显示出假旋臂结构，它看起来类似于螺旋星系 的旋臂，但要小得多。巨大的螺旋星系通常是存在于核球中的那些旋臂体积的 2-100 倍。通常，新恒星在假旋臂中的形成速度与恒星在盘状星系中的形成速度相似。有时，核球的假螺旋形成恒星的单位面积的速度比通常在外盘中发现的要高得多，但新恒星的密度仍然太高，超新星仍然容易摧毁文明。
而星系分布是低密度分布的宇宙区域，在宇宙中占大多数。 与星系的形状、外观和颜色相关的一个特征是当前恒星形成的数量。当巨大的氢气和尘埃云在自身重力作用下坍塌时，恒星就形成了。随着云的坍缩，它会分裂成许多更小的碎片，每个部分都会继续坍缩，直到热核聚变开始。
星系的初始条件决定了它的恒星形成率。例如，有些椭圆星系很早就坍缩并迅速形成恒星。这种气体早年就用完了，目前很少有恒星形成。而坍缩较慢的星系，恒星形成的速度也较低。做为恒星形成所需的「燃料」，气体消耗得也较慢，有大量摩擦，于是慢慢的形成螺旋星系。
另外，星系在数亿年的时间里由椭球状沉降成螺旋的形态以后，并不是一成不变的。当螺旋星系间发生新的碰撞并合并时，它们的结合体将再次变成椭球形。最终，如果新的椭球星系因为大量恒星的快速形成而耗尽了其所有气体，它就将保持椭球星系（否则还会变为螺旋星系）。这就是为什么很多经历过多次合并的大星系通常是椭圆形的。 在2009年一篇的研究表明 [129] ，60亿年前， 螺旋星系S占比是31% ，椭圆星系E占4%，透镜星系S0占13%，而不规则星系占52%。
目前在银河系附近， 螺旋星系S占比是72% ，椭圆星系E占3%，透镜星系S0占15%，而不规则星系占10%。
那么可以反推，银河系的圆盘可能在太阳诞生的时候还没有现在这么大，恒星数还没这么多。
宇宙在太阳诞生时的螺旋星系还没这么多，大约30%多，而银河系似乎100亿年以来没有经历与其他大型星系相撞的事件，最后一次发生在银河系的大规模碰撞是110亿年前的事情了，正是那个时候诞生了大批量形成白矮星的大质量双星系统，为Ia型超新星爆发产生铁元素，提高银河系银盘上恒星金属度起到很好的作用。
现在银河系可能有100亿颗白矮星，10亿颗中子星，1亿个黑洞。这些都是之前死亡的大质量恒星的尸体。这些尸体的超新星爆发为银河系盘上的宜居行星形成起了很重要的作用。
更严格一点的话， 大型星系诞生生命的概率可能并没有这么高，可能只有位于 100亿-10万亿颗恒星之间的超大质量黑洞不活跃的漩涡星系诞生生命的概率才能符合银河系的概率模型，而上述条件会导致 合适的星系数量降低降低2个数量级。
我们的银河系周围环绕着许多矮卫星星系，由于其松散的圆形形状，它们被称为「矮球状」星系。这些矮星系昏暗而弥散，比银河系本身暗一千倍，使它们成为已知的最不发光的星系。
现代宇宙学模型预测，小星系首先形成，然后合并成更大的系统，如我们的银河系。由于宇宙最初只包含氢和氦（大多数其他化学元素都是在恒星内部合成的），因此矮星系应该具有最低的重元素含量，但现在我们发现不是这样。
结果排除了附近矮星系的任何合并作为建立银河晕的机制，需要对这些星系进行更详细的化学丰度研究，因为这将告诉我们更多关于我们宇宙早期时期发生的事情。 [130]
我们的银河系似乎在过去的 100 亿年 中没有发生任何重大星系合并 ，这可以解释为什么它在恒星质量、角动量和金属丰度与其它星系不同。现在像银河系这样的螺旋星系的比例是 7% ，而 仙女星系（M31）似乎是一个更符合现代理论预测的「典型的」螺旋星系。
仙女星系大多数小悬臂显示了主要由相对较新的合并形成的历史证据，但仙女系的恒星生成速度慢于银河系，每年1-2颗恒星，而银河系为3-5颗恒星。
现在宇宙中70%的星系是螺旋星系，只有7%的星系是类似银河系的黑洞不活跃的螺旋星系 [131] ，60亿年前 30%的星系是螺旋星系，能在这个时候诞生恒星，只有3%的星系是类似诞生太阳时的银河系的没有发生大型星系合并事件的星系。 SDSS-IV/MaNGA调查的4824个星系中有138个类银河系。事实证明，宇宙确实存在看起来很像我们的星系。样本中的 138 个星系中有 56 个最终与我们的星系非常接近， 非常像银河系的星系在宇宙中占1% 。 [132]
乍一看与银河系相似的星系中有很大一部分在仔细观察时看起来却大不相同。这些分为两类。
第一类（由 138 个星系中的 55 个组成）是在内部和外部区域之间似乎完全没有区别的星系。这些星系正在均匀地经历恒星形成，在一个漫长而缓慢的扩展过程中，核心没有剧烈的爆发。在这些星系中，内部和外部区域的恒星看起来是一样的。
与此同时，第二类由所谓的「中心淬灭」星系（138 个中的 27 个）组成，这些星系可能是这群星系中最奇怪的。这些异常值似乎没有任何重要的近期恒星形成期，这些恒星在其核心中由回收物质形成，这意味着我们在银河系中看到的来自外部区域的气体径向流入并没有发生在这些星系中。
这些中心熄灭星系的一个一致特征是，它们通常似乎在过去完成了大部分恒星形成，具有更密集的超新星爆发波，这暗示它们可能比银河系更古老和更难产生文明。
在星系中，物质的外流存在一个自转速度的临界值，范围在100到150 km/s之间（对应的星系质量约在3e10-6e10倍太阳质量之间)。这一范围与观测星系的自转速度（质量）与金属丰度关系中的转折点125 km/s(6e10 M）基本一致。
对于自转速度大于125 km/s的星系，超新星爆发产生的风速小于逃逸速度，因而在星系暗晕引力势的作用下，物质即使被吹离原来的位置，最终都将以星系喷泉的形式返回到星系盘上，并不发生金属的损失。
而对于自转速度小于125km/s的星系，星系风能带走大量的金属，导致星系金属度的降低，且势阱越浅损失金属越多。
这就导致越小的星系积累金属越慢，几乎很难诞生岩石行星，更别说生命了。
考虑到 大型星系的 宜居恒星数量会比 小型星系多很多，当星系规模小到一定程度，我们可以认为它的恒星诞生生命的可能性趋近于0，原因是没有足够的重金属 和 产生铁核的 Ia型超新星爆发 以及 产生重元素的中子星合并，因为99%以上的恒星不会发生超新星爆发和中子星合并，具体参见 一 中的结果。
除此之外，其它星系诞生出工业文明的几率，应该要考虑星系结构，例如 太阳位于银河系8.5kpc的宜居带处，每几千万年一次灾难，很可能是一个甜点，太阳系通过旋臂结构的频率与生物进化速率相关，若没有足够的灾难次数很可能无法让生命在有限时间内进化出足够复杂的结构，若太频繁则减少生物多样性。具体见 三 中的结果。
现在，5000亿颗 恒星的银河系 诞生工业文明的 可能性被设定 为 0.5.
即 每1万亿颗恒星的星系诞生工业文明的可能是 1
10万亿恒星的星系可能性被设定为 15
而1000亿颗恒星的星系可能性被设定为 0.001
100亿颗恒星以下的星系被设定为0.
1000万光年范围内的本星系群的估计
那么1000万光年范围内的本星系群中的比我们强 或 和我们差不多的文明的情况如下。
仙女系是本星系群的第一大成员, 质量是银河系的 2倍多，大于1万亿颗恒星，大概有1-2个工业文明级别以上的文明。
银河系是老二 1个
三角星系 (M33) 是本星系群的第三大成员，第三个旋涡星系, 400亿颗恒星的级别， 0.0001个。
大麦哲伦星云 (LMC) 是本星系群的第四大成员，银河系的卫星，并且是本星系群中唯一的麦哲伦螺旋星系， 100亿颗恒星的级别 0个。
M110 (NGC 205)本星系群的第五大成员。包含近80亿颗恒星。0.001个。
小麦哲伦星云(SMC) 是银河系 附近的一个矮星系 ，本星系群的第六大成员。包含数亿颗恒星。0个
其它的不用估计了，因为上面这六个星系 就是1000万光年内的拥有 近10亿颗恒星 以上的星系。
所以本星系群按这个估计，现在最多3-4个工业文明或星际文明，当然随着时间增加，这个概率会逐渐增加，如果没有灭绝战争，最终星际文明的数量可以达到 5～20。
1亿光年范围内的本超星系团 （室女座超星系团）的估计
室女座超星系团包含我们银河系的本地群 ，还包含靠近其中心的室女座星团 ，有时被称为本地超星团。它被认为包含超过 47,000 个星系。2014 年的一项研究表明，室女座超星系团只是更大的超星系团 拉尼亚凯亚超星系团 的一个星际细丝。
室女座超星系团 中星系的数量密度随着离其中心靠近室女座星团 的距离的平方而下降，这表明该星团不是随机的。总体而言，绝大多数发光星系（小于绝对星 等 -13，恒星数量大于100亿颗）集中在星系团群 中。百分之九十八可以在以下 11 个星系团中找到（按发光星系数量的递减顺序排列）：Canes Venatici 、Virgo Cluster、Virgo II 、Leo II 、Virgo III 、Crater (NGC 3672 )、Leo I 、小狮子座星系团 (NGC 2841 )、天龙座星系团 (NGC 5907 )、NGC 2997 和NGC 5643 。
以上发光星系中，有三分之一位于室女座星团中，其余位于 Canes Venatici 和Virgo II 星云中，加上有些微不足道的NGC 5643 星系群 。
室女座超星系团的质量大概是1e15个太阳质量，大约相当于1万个银河系的质量。
则直径1亿光年的范围内大概存在 1000个工业文明或星际文明。
更远的尺度
以此类推 大概 直径5亿光年范围内， 1×10^{17}M_{Sun} ，约 200万个银河系的质量的拉尼亚凯亚超星系团有 1-10万个工业文明或星际文明。 [133]
双鱼座-鲸鱼座超星系团复合体是一个宇宙 大尺度纤维结构，包含拉尼亚凯亚超星系团，估计长约 10 亿光年 ，宽约 1.5 亿光年，质量为 1×10^{18}M_{Sun} ，估计存在 10-100万个工业文明或星际文明
可观测宇宙 有10万亿个星系，大概有1000亿个符合要求的星系，大概现在的工业文明或星际文明的数量 大于500亿个（原答案50万亿个）。
五：银河系内类太阳恒星系
根据上述分析，银河系内若存在其它文明，那么它很可能就在我们附近，距离不会超过3万光年，而且我们很可能能找出它的母恒星，前提是它的母恒星还在。
下面是一些可能的恒星系:
1.18 Scorpii
年龄：29亿年 距离：45.1光年 金属度：-0.03 dex
2.HD 150248
年龄：62亿年 距离：88光年 金属度：-0.04 dex
3.HD 164595
年龄：45亿年 距离：91光年 金属度：-0.06 dex
4.HD 195034
年龄：29亿年 距离：92光年 金属度：-0.04 dex
5.HD 117939
年龄：61亿年 距离：98光年 金属度：-0.1 dex
6.HD 138573
年龄：71亿年 距离：99光年 金属度：0.00 dex
7.HD 71334
年龄：81亿年 距离：124光年 金属度：-0.075 dex
8.HD 98649
年龄：23亿年 距离：135光年 金属度：-0.02 dex
9.HD 143436
年龄：38亿年 距离：141光年 金属度：0.00 dex
10.HD 129357
年龄：82亿年 距离：154光年 金属度：-0.02 dex
11.HD 133600
年龄：63亿年 距离：171光年 金属度：-0.02 dex
12.HD 186302
年龄：45亿年 距离：184光年 金属度：0.00 dex
13.HIP 11915
年龄：41亿年 距离：190光年 金属度：-0.059 dex
14.HD 101364
年龄：71亿年 距离：208光年 金属度：0.2 dex
15.HD 197027
年龄：82亿年 距离：250光年 金属度：0.21 dex
16.开普勒-452
年龄：60亿年 距离：1400光年 金属度：0.21 dex
17.YBP 1194
年龄：42亿年 距离：2934光年 金属度：0.023 dex
这些恒星中 hip 11915有最类似太阳的轨道布局，具有一个和木星差不多质量以及轨道的气态巨行星，且它的年龄为41亿年，仅比太阳年轻5亿岁。
未被确认存在的宜居行星候选者： [134]
KOI 5554.01 可能是曾经最接近地球条件的行星，拥有一颗1.18倍太阳光度的恒星，1.02倍太阳质量的光谱类型 G1.5V的恒星，年龄 65亿年，误差20亿年，它和地球一样的1AU轨道，绕恒星一圈362.22天，半径在0.72-1.29倍地球半径，表面温度 12度 到26.17度，它距离我们215秒差距，约700光年。
六：疑似高等文明的构造
1.疑似戴森球的K2型文明
外星文明可能会建造戴森球这类遮光巨构建筑，有的戴森球可能会发出明显的红外信号，而有的则不会，因为戴森球的散热方向不一定对准太阳系，这种情况下它们会比没有遮挡的情况，看起来更远。
想去找未建成戴森球的可以去这个网站
KIC 8462852 塔比星
前几年最火的是这个，银河系内的 距离我们大约几百光年的KIC 8462852已经被证明不是戴森球了，大概率只是一次行星撞击引起的物质遮挡，现在光度变化曲线已经不那么像戴森球了。
它的光谱类型F3V，不是适合诞生智慧文明的母恒星，离它约880AU的距离上还有一颗
M2V
型的红矮星。
[135]
M33星系中的Object-X
M33星系中的 Object-X 天体也大概率不是戴森球，虽然它的红外超信号很明显。
在 M33 中，三角星系有一颗在可见光和近红外光波段中几乎看不到的恒星，它是中红外中第二亮的光源（也是最亮的一颗恒星），被称为 Object-X。 [136]
而且 在 1949 年和 1991 年的档案记录中根本没有恒星具有类似的极限星等。
研究小组排除了该物体可能是年轻恒星物体（YSO）的被视线沿线的厚尘盘阻挡的可能性，并指出即使是最厚尘盘的模型仍然预测出比之更多的光通量。相反，该团队得出结论，Object-X 一定是一颗自我遮蔽的恒星，它经历了相对较新的质量损失，已经冷却形成石墨或硅酸盐尘埃。根据哪种类型的尘埃占主导地位，该团队能够将数据与恒星的两种截然不同的温度进行拟合：石墨为 5000 K，硅酸盐为 20,000 K。在所有情况下，中心恒星的预测质量总是大于 30 个太阳质量，因为根据光通量来计算，可以发现该恒星的光度是太阳的10万倍以上，是一颗O型恒星，不适合诞生智慧文明，这样的恒星周围的行星大多为气态巨行星，材料可能还不够造戴森球。
一般来说，恒星可以通过两种机制喷射物质以形成这样的幕。第一种是通过恒星风，随着恒星进入红巨星阶段而增加，膨胀并降低表面附近的重力。第二个是「脉冲质量抛射」，其中恒星会颤抖并以这种方式抛出质量。一个典型的例子是船尾座Eta。该团队根据他们发现的特征预测，Object-X 很可能是一个看起来很冷的超巨星。直到最近，这颗恒星才完全被遮蔽，这表明质量损失不是恒定的（如恒星风），而是由频繁的喷发造成的。随着尘埃壳的膨胀，这颗恒星应该会重新出现在光学中，在接下来的几十年里再次变得可见。
HD 139139
也被叫做 EPIC 249706694，是位于黄道星座天秤座 的一个双星系统，光谱类型分别为 G型和K型 ，大的与太阳的G2V型光谱比较接近，距离大概351光年，是天空中0.5%可以看到地球凌日的行星系统，开普勒望远镜第二次任务显示该这个双星系统存在几十个遮挡物，如果是行星那可能会超出想象。 [137] 它诞生距离今天只有约15亿年，不太可能这么快发展出智慧文明。如果它真的是戴森球，那么它只可能是高级文明用来较近距离观测地球的基地。
我们还发现了其它类似塔比星这种情况的光度突然发生大幅度下降的恒星，起码还有15个，基本上原因都能归咎于尘埃遮挡。
object-x是因为太亮了才能被我们发现，高级文明一般不会在寿命只有几百万年的o型恒星上建造戴森球。
如果距离我们200万光年以外的M33星系中的普通恒星是颗红外信号明显的戴森球，我们是很难发现的，因为红外亮度可能只有太阳的几十分之一，视星等大于36，而目前强的红外望远镜，韦伯望远镜视星等极限大概为34，哈勃望远镜为31.5，我们用目前最强的望远镜也无法在红外波段分辨出仙女星系或者M33星系中 类似太阳的恒星上建造的戴森球，需要一个比韦伯大几百倍的太空望远镜我们才能看清仙女系或者M33星系中的类太阳恒星的戴森球，而相比红外波段，可见光亮度还要暗几千倍，更加无法分辨到底是戴森球还是一个天然红外光源了。
人类目前的观测能力只能看到银河系内存在的高级外星文明，或者能影响到整个星系的外星文明。
这样的系外文明可能超出了我们对科技水平的想象，我们几乎无法分辨它们是天然的还是智慧生物所为。
杂谈
最后附上一段有关星际战争的短文。
银河中曾经闪耀的星辰一颗颗坠落，无边的黑暗把电波拉长成沉默， 绝望的金属狂潮随着激昂的乐章层层迭起。
我看着星舰在猎户座旋臂燃烧， 伽马射线在星空之眼中闪耀，视死如归的勇士们奋力逃亡，只为送出人类最后的火。
发生一切都超乎我们的想象， 外面连绵的战役仿佛不绝的噩梦，将我们从这长夜中惊醒，认清现实。
我们在星际间漂泊流浪， 看着周围的一切都湮没在深邃的太空中。一如眼泪，消失在雨中 。
经过长达几个月的持续加速，引擎停止轰鸣，飞船进入了静默。
此去经年，不知何时才能再返，也许是永别了吧，我贪婪得望着那越来越暗淡的一点点星光，喃喃呓语。
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