尋找地外文明:他們原來藏身在這裡

  人類在宇宙中是否孤獨?除了我們地球以外,其他地方是否存在生命,是否存在擁有技術文明的智慧生命?面對這樣一個終極問題,我們一度只能全憑猜測,不過答案似乎應該相當樂觀。

  畢竟地球不過是普普通通的一顆行星,圍繞著太陽這顆普普通通的恆星運轉,而宇宙又是如此浩瀚——像太陽一樣的恆星僅銀河系中就有上千億顆,更不用說銀河系這樣的星系在宇宙中還有上千億個了。如果只有地球存在文明,那未免也太浪費了。

基特峰國家天文台上方星空的照片,白色方框標示的是開普勒望遠鏡的視場,照片中用衍射光柵展現出了一些亮星的光譜

  從 “奧茲瑪” 到 SETI:宇宙中到底存在多少外星文明

  那麼,宇宙中到底存在多少外星文明?1961 年,美國天文學家弗蘭克 · 德雷克提出了一個後來以他名字命名的公式,試圖估算銀河系內掌握無線電技術的外星文明的數量。

宇宙中到底存在多少外星文明?

  按照他的公式,有能力與我們進行星際通訊的外星文明的數量跟諸多不確定因素有關,包括銀河系裡恆星的數目、恆星擁有行星的概率、行星適宜生命生存的概率、宜居行星上誕生生命的概率、生命演化出智慧的概率、智慧生命發展出無線電通訊的概率,以及這樣的文明向外發出可探測電波的平均時間。

  之所以強調 “掌握無線電技術”,不光是因為當時這是人類掌握的速度最快的星際信息傳遞方式(其實現在也仍是如此),更是因為德雷克提出這一公式的初衷:不是為了純粹從理論上估算外星文明的數量,而是要實實在在地為尋找外星文明的首次嘗試提供一個具體的目標。

  就在提出這一公式的一年之前,德雷克利用美國綠岸天文台巨大的射電望遠鏡(本質上就是無線電天線),嘗試在其他恆星周圍搜尋智慧生命發出的無線電信號,史稱“奧茲瑪”計劃。

  德雷克的 “奧茲瑪” 計劃沒有收到任何來自外星人的信號,但搜尋地外智慧文明的 “SETI 計劃” 卻由此鋪開,時斷時續一直持續至今。如今,50 多年過去了,SETI 計劃仍然一無所獲。德雷克本人對此並未灰心喪氣,因為在他看來,尚未截獲外星人 “電報” 是正常的,因為我們監聽的恆星還不夠多!

位於波多黎各島的阿雷西沃山谷中的阿雷西博天文台(Arecibo Observatory),這是世界上最大的單面口徑電波望遠鏡,直徑達 350 米

  根據德雷克自己提出的方程式,他估計銀河系內現存擁有無線電通訊能力的智慧文明大約有 1 萬個。按照這個看似相對保守的估計,銀河系內的上千億顆恆星之中,平均每千萬顆恆星才擁有一個這樣的文明。

  換句話說,想要能夠比較有把握地截獲外星人發出的訊號,我們至少得掃瞄上千萬顆恆星才行——而天文學家迄今為止監聽過的恆星,還遠遠達不到這一數量。

未來二三十年內,接收到來自外星人的無線電信號

  不過,在 2010 年紀念 “奧茲瑪” 計劃 50 週年的儀式上,德雷克對 SETI 計劃的未來表示樂觀。天文學家監聽無線電信號的技術與當年相比早已不可同日而語。

  在紀念儀式上,德雷克重新操作那台射電望遠鏡,短短數秒就重複了當年好幾個月才能完成的監聽。再加上計算機數據處理速度的大幅提升,從事 SETI 項目的天文學家預期,未來二三十年內他們監聽的恆星數量就將達到千萬顆量級。

  因此,天文學家或許有較大把握,能夠在未來二三十年內,接收到來自外星人的無線電信號,從而獲得確鑿的第一手證據,表明我們在宇宙中並不孤獨。但也有可能,在監聽了千萬顆恆星之後,外星文明依舊對我們保持著可怕的無線電靜默。

  果真如此的話, SETI 計劃或許就永遠截獲不到外星人的 “電報” 了。可能是我們監聽的方式不對,也可能德雷克的估計太過樂觀——銀河系中技術文明的數量極為罕見,甚至我們真的是孤獨的。

  事實上,德雷克估計錯誤的可能性相當大。他的公式剛被提出時,其中的每一個因素,確切數值幾乎都無法確定,因此他的估計比憑空猜測好不了多少。不過,在 50 多年後的今天,天文學家起碼已經確定銀河系中擁有千億顆恆星。而現在,他們正在努力尋找太陽系外可能適宜生命生存的行星。他們最趁手的 “秘密武器”,是 2009 年發射升空的開普勒望遠鏡。

目前世界上最大的可移動射電望遠鏡,綠岸射電望遠鏡

  開普勒項目:探照外星文明所在的行星

  我們知道,行星本身是不發光的,只能反射來自恆星的光芒,因此兩者在亮度上差異懸殊。如果把恆星比作強光探照燈,行星最多只能算是螢火蟲,還是緊貼在探照燈燈罩上環繞它飛行的螢火蟲。於是,尋找外星文明可能落腳的行星,就類似於遙望探照燈光,去確定那裡有沒有螢火蟲在飛舞。

開普勒11(Kepler-11)藝術概念圖

  顯然,想用望遠鏡直接看到那些螢火蟲是不太現實的,因為螢火之光會被探照燈耀眼的光亮所淹沒。不過有些時候,螢火蟲也會從探照燈前方飛過,小小的身影會短暫遮擋部分探照燈的光芒。在遠處觀察的我們,就會發現探照燈的燈光突然暗了一下——雖然幅度極小,卻足以令我們察覺到了。

  行星圍繞恆星公轉的軌道,要比螢火蟲的飛行路線規則得多,因此這樣的現象會週期性出現。開普勒望遠鏡就是用這種方法來尋找外星行星的。自 2009 年升空以來,它便一刻不停地監測著大約 15 萬顆恆星,記錄它們亮度上的細微變化。如果觀察到某顆恆星出現週期性的星光變暗,至少觀察到 4 次之後,便可以確定那裡存在一顆我們看不見的行星。

  然而,找到了外星行星也還是不夠的。行星是否適宜生命生存,要看它距離恆星是否恰到好處——距離太近,行星就會過熱,水會被徹底蒸乾;距離太遠,行星則會太冷,水會被完全凍結。

  每顆恆星周圍都存在這樣一個既不太近、也不太遠的區域,被稱為 “宜居帶”。只有在宜居帶內環繞恆星公轉的行星,液態水才有機會在它的表面長期存在,類似我們這樣的生命也才有機會在那裡誕生、繁衍和演化。

開普勒望遠鏡發現的候選行星數量

  2011 年 12 月 5 日,開普勒任務組宣佈,他們首次在另一顆恆星的宜居帶中找到了一顆行星。這顆行星被稱為 “開普勒-22b”,距離地球大約 600 光年,圍繞母星公轉一圈需要 290 天。

宜居行星

  它的半徑僅有地球的大約 2.4 倍,是迄今為止在宜居帶中找到的外星行星中體積最小的一顆。不過,天文學家仍然無法確定,開普勒-22b 就一定適宜生命生存,因為除了到恆星的距離以外,其他因素也會影響一顆行星是否宜居,比如行星的大小。

  相對於地球而言,開普勒-22b 還是稍大了一些,體積超過地球 10 倍以上。這麼大的行星,天文學家無法確定它是否像地球一樣,是一顆主要由岩石構成的固態星球。如果它更像是太陽系裡的天王星和海王星,我們人類或者類似的生命便無法在那裡 “立足”,因為那樣的星球主要由氣體構成,根本不存在陸地和海洋這種概念。只有體積與地球類似,甚至更小的行星,天文學家才能斷言它們是類地行星,擁有固體的表面。

  就半個月後,即 12 月 20 日,開普勒任務組再次宣佈,他們找到了這樣的行星,而且找到了兩顆!這兩顆行星圍繞距離地球約 950 光年的同一顆恆星運轉,其中 “開普勒-20e” 比金星略小,半徑是地球的 0.87 倍,“開普勒-20f” 則比地球略大,半徑是地球的 1.03 倍。

  不過可惜的是,這兩顆確鑿無疑的類地行星,都不在恆星的宜居帶中。它們距離母星太近,表面溫度都高達好幾百攝氏度,不適宜我們這樣的生命生存。

開普勒望遠鏡發現的候選行星分佈圖

  這兩項發現,無論是對於開普勒望遠鏡來說,還是對於人類尋找外星文明的歷程來講,都具有里程碑式的意義,因為距離真正找到一顆適宜生存的類地行星似乎只有一步之遙了。

開普勒望遠鏡

  不過,找到這樣一顆行星並不是天文學家把開普勒望遠鏡送入太空的首要目的。通過對這 15 萬顆恆星的小規模抽樣調查,天文學家想弄清楚銀河系中有多少恆星擁有行星,又有多少行星適宜生命生存。

  迄今為止,開普勒在這些恆星周圍共發現 2326 顆疑似行星的候選者,其中有 48 顆可能位於 “宜居帶” 中。儘管還有待進一步證實,但這一數字意味著,大約 10% 的恆星都有行星在其宜居帶中環繞它們運轉。換句話說,德雷克公式中的第二和第三項因素,未來幾年內將被確定下來,恆星周圍擁有宜居行星的概率很可能不低。

  他們究竟在哪裡?

  可是,如果適宜生命的環境在銀河系內相當普遍,那麼 “他們在哪裡” 呢?這是諾貝爾物理學獎得主、大物理學家恩裡科 · 費米在 1950 年,在德雷克啟動外星文明搜尋計劃的 10 年之前,就提出的一個問題。他問的,不是地球以外生命存在於何處,而是外星智慧生命為何沒有造訪過地球——或者說,為什麼我們找不到他們來過地球的可靠證據。

  畢竟,就算以人類目前慢如蝸牛的飛行速度展開宇宙大航海時代,也只需要 500 萬到 5000 萬年就能殖民整個銀河系。雖然看似漫長,但跟宇宙上百億年的歷史相比,這不過是轉瞬之間。

他們究竟在哪裡?

  更何況,人類文明短短幾千年就發展到如今這個地步,如果有智慧文明在技術上領先我們上萬乃至上億年,他們為什麼還沒有佔領我們的地球呢?

尋找外星文明

  這個問題的答案,可能就隱藏在德雷克公式的後一半因素之中——即使環境適宜,生命的誕生或許也堪稱奇跡;即使生命出現,演化出智慧或許也極為罕見;即使智慧出現,發展出技術文明的或許也只有鳳毛麟角;又或許,技術文明並不罕見,但它們都如曇花一現,沒能存活多久便煙消雲散了。

  對於這些因素,科學家仍擺脫不了 “基本靠蒙” 的尷尬境地。但對於外星文明的搜尋、對於外星宜居類地行星的探索,或許能讓我們更清楚地認識到,人類文明的出現即使是在浩瀚的宇宙之中,可能也是一個並不多見的一個奇跡。

  探索仍在繼續,我們或許終將找到外星文明,或者證明自己確實是孤獨的——如果在此之前,人類文明還沒來得及消亡的話。




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