W弗兰克·德雷克(Frank Drake)在20世纪30年代的芝加哥长大，他的父母是虔诚的浸信会教徒，让他进了主日学校。在他8岁的时候，他开始怀疑他的宗教和世界上的其他宗教在某种程度上是由环境决定的——当地的偶然事件帮助塑造了它们。他开始想，文明也可能是这样的，对人类，也许对外星人也是这样——但他认为最好不要把这些想法告诉别人。
但没过多久:他就继续创立了s.e.t.，也就是寻找外星智慧生物(Search for Extraterrestrial Intelligence)，并提出了一种简单的方法，来估计我们银河系中可以监听的文明的数量。这个方程是这样的:
N(银河系中可传播文明的数量)
= R(恒星形成的速率)
×N地球(在类地轨道上有地球大小的行星的恒星的比例)
×F生活(发展生命的行星的比例)
×F情报(有智慧生命的部分)
×F沟通(可以交流的部分)
×l(平均文明寿命)
简而言之，N = R × N地球×F生活×F情报×F沟通为了确定N的值，我们只需要知道其他数。
我们知道银河系每年会产生几颗新恒星，所以R被考虑进去了——但仅此而已。我们不知道生命、智力或沟通能力有多普通。虽然我们可能都支持一般文明的寿命很长，但我们没有数据。
但我们在N方面正在取得进展地球(也称为“Eta-Earth”)。第一颗地球大小的围绕另一颗太阳运行的行星于2010年被发现。在很大程度上，多亏了美国宇航局的开普勒太空望远镜，我们现在知道了数百个地球大小的星球，还有少数像火星和水星这样小的星球。
开普勒的主要任务是确定地球大小行星在类地距离约类太阳星星。这就是N地球就像我们的太阳。但是N地球对于不同类型的恒星可能会有所不同。不幸的是，到2013年，开普勒失去了两个反作用轮，这是指向望远镜的关键，在获得了大约四年的数据后，开普勒不得不放弃了它的主要任务。开普勒有很好的统计数据，关于围绕太阳运行的类水星而不是类地球轨道的行星。游手好闲的人。(几年前，开普勒以一种名为K2的新模式转世，仍在寻找行星，但没有希望测量N地球．)
但我希望有一些超级宜居系统，里面有10个、20个或数百个可能存在生命的行星。
宜居带是一颗恒星周围的环，那里的条件适合行星表面存在液态水。这些是在N中计算的行星地球．但不同的恒星有不同的宜居带:红矮星的宜居带比太阳更冷、更暗，离我们更近;而那些更亮、更热的恒星则在更远的地方。开普勒成功地估算了N地球因为对于这些恒星来说，测量水星大小的轨道就足够了:至少有1 / 6的红矮星——多达一半的红矮星在宜居带中有一颗地球大小的行星。别太寒酸了，红矮星们!
几个月前，天文学家宣布了这一壮观的发现TRAPPIST-17-planet系统。它的中央恒星非常微小，质量只有太阳的8%，亮度是太阳的2000倍，大小和木星差不多。这七颗行星都和地球差不多大，它们的轨道离恒星非常近。最令人兴奋的是，如果所有的恒星都有像TRAPPIST-1, N地球是3。另一个扭曲是，在TRAPPIST-1系统中，生命(如果有生命的话)可能会自然地分布在行星之间:紧凑的轨道结构非常适合这种情况有生源说．如果一颗小行星或彗星撞击任何一颗可能有生命存在的TRAPPIST-1行星，其中一些碎片将散落到这6颗行星上，并落下来自太空的种子。
想象N地球大于1的。这可能会让你想知道:是否存在超trappist -1系统，在宜居带中有10或20颗行星，而不是3或4颗?一颗恒星最多能有多少颗行星?我们可以准确地回答这个问题。既然我们知道引力是如何作用的，以及轨道是如何演化的，我们就有了所需的工具，来弄清楚那些稳定地适合恒星宜居带的最危险的行星结构。
我们需要选择我们想要的星星类型(不重要以及我们感兴趣的行星的大小。然后我们可以把这个问题分解成两个问题:第一，宜居带有多宽?第二，我们能把行星轨道排列得多紧?
可居住地带比通常讨论的要复杂得多。这取决于一颗行星是由什么组成的，以及它大气层的厚度和组成。根据模型，地球靠近太阳宜居带的内缘，这一区域从地球95%的轨道延伸到火星轨道之外(这意味着在火星轨道上的地球可以保留液态水)!有了强保温的大气层，宜居带的外缘可能会远得多，在某些情况下甚至会更远星际空间中自由漂浮的行星可以保留液态水。然而，在这些情况下，生命可能隐藏在如此厚的气体(或冰)层之下，我们可能无法探测到它。
行星轨道的间距有两种不同的方式。邻近行星的轨道可以是共振的，就像TRAPPIST-1行星、少数其他已知系统和木星最近的大卫星一样。或者行星可能会失去共振，就像大多数已知的超级地球系统和我们自己的太阳系行星一样。共振仅仅意味着相邻行星的轨道周期性地重新排列。共振用整数的比例来描述。例如，2:1共振意味着每次外行星完成一个轨道，内行星就完成两个轨道。
这里有一个木星卫星共振的动画gif在这里．行星之间的共振使得它们的质量无关紧要。间隔仅仅是由行星所处的共振决定的。像2:1和3:2这样的共振比7:6或9:8这样的共振意味着更宽的轨道间距。当然，不是所有的共振都是稳定的。有了TRAPPIST-1-like的轨道间距(3:2共振)，四个轨道非常适合居住带。
另一方面，如果行星之间没有共振，那么它们的质量就很重要。下面是三个不同质量行星的最大轨道填充可居住带的例子。对于火星质量的行星(质量是地球的10%)，有14个轨道适合居住带;但对于海王星质量的行星(大约是地球质量的10倍)，只有3个轨道适合。
14颗火星质量的行星可以容纳在宜居带，但火星(至少今天)是一块没有生命的岩石。要想在数十亿年里保持大气层和板块构造，一颗行星必须稍大一点，可以说至少是地球质量的30%。所以行星地球质量的一半是轨道间距和生命潜力之间的一个很好的折衷。
这里还有两个转折。首先，两颗行星可以共享围绕恒星的同一轨道!这些被称为木马对(不要和避孕套混淆)。这几乎是一个给定轨道上可以容纳的行星数量的两倍。
第二个转折是双行星。我们的月球几乎是地球的一半大小，而冥卫一几乎和冥王星一样大。想象两个地球互相绕着轨道运行是完全合理的。它看起来是这样的:
我们可以用这些成分来建造一个非常棒的太阳系。在我的博客我称之为终极太阳系1．这是它的样子:
在可居住地带有六个稳定的轨道。每个行星都包含四个行星:两个特洛伊构型的双星地球。这个结构是稳定的，24颗行星都位于宜居带内。想象一下这个体系中的生源说!如果在任何一颗行星上有生命存在，不可避免的撞击碎片肯定会让生命蔓延到整个系统。在自然界中，这将是一个相当极端的系统，但所有的部分都是完全可信的——而且确实发生了。关键在于它们都需要发生在同一个系统中。
那终极太阳系2或3呢?事实证明，这个主题有很多变奏。你可以用行星形成理论来建造各种形状和大小的行星系统。这个兔子洞很深(点击)在这里看到)。
我先跳到压轴部分。使用一些轨道动力学技巧，我建立了一个行星系统，其中有416颗行星位于宜居带。
这个系统是完全稳定的——我用计算机模拟进行了双重检查。但自然要形成这个系统会很困难。如果它存在，那也只能是由超级先进的文明建造的。这就是为什么我叫它终极工程太阳系。
想象一下你可以在这些终极太阳系中讲述的故事!每颗双星都有一个比月亮还大的近邻在天空中盘旋。夜空中有大量的流浪恒星，其他行星沿着它们围绕恒星运行的轨道运行。
回到N地球．我们天文学家很高兴地测量到，银河系中有多达一半的恒星似乎在宜居带(N地球红矮星的比例高达50%，红矮星是银河系中数量最多的恒星)。TRAPPIST-1是一个很好的例子，它走得更远，在宜居带中包含了三颗行星。但我希望有一些超级宜居系统，里面有10个、20个或数百个可能存在生命的行星。它们肯定是低概率的系统，但在我们的银河系中有5000亿颗恒星(科幻迷们都在祈祷)，这绝对值得一看!
肖恩·雷蒙德是一位研究行星系统形成和演化的天文学家。他的博客地址是planetplanet.net．
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