艰难的寻找

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  “路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”,这是大诗人屈原对人生理想努力探求的名句,又何尝不是人类数千年来对地外文明艰难找寻的一个真实写照呢!每当结束了一个晚上的观测,站在国家天文台兴隆观测站的制高点极目远眺,满天星斗压顶而来,辽阔深邃的宇宙充盈着视野也震撼了灵魂,繁芜俗念涤荡一空,沧海一粟之感油然而生。点点星光的那边,在宇宙的其他角落,我们的太阳系何尝不也是夜空里的一个亮点,那里是否也有一双如我一样的眼睛正凝视着夜空,发出同样的感慨?
  
  文明的分类
  
  地球只是太阳系中的一颗普通行星,太阳也不过是银河系中数千亿颗恒星的一员,茫茫宇宙中更是有数以万亿计的星系……无论人类世界如何神奇,我们都毫无理由认为自己是宇宙中独一无二的文明。有些天文学家乐观的估计,仅仅在银河系中,有文明栖息的星球可能就达100万颗。这些遥远的地外文明是什么样子的?我们追问了数千年,尽管没有确切答案,但科学家们已经在脑海中对他们进行了勾勒。
  20世纪,前苏联天体物理学家N.S.卡达谢夫曾建议,可以根据宇宙中不同文明用于通讯的能量,来对他们分级。他将想象中的文明分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类型:
  Ⅰ型文明能够调集与目前地球整个输出功率相当的能量用于通讯。目前地球的功率输出约为1015到1016瓦,每秒消耗的能量相当于点亮一百万亿个100瓦的灯泡所需的能量。但我们的能量主要用于加热、电力、运输等用途,用于外星通讯的能量远小于这个数,所以地球还够不上Ⅰ型文明。
  Ⅱ型文明能够把相当于一颗典型恒星的输出功率(大约1026瓦)用于通讯。如此大的功率在极遥远的距离以外也能被探测到。假如离我们最近的旋涡星系——M31(仙女座大星系)存在着Ⅱ型文明并向我们发射信号,我们用正确的搜寻程序就能很容易地探测到它。
  Ⅲ型文明的通讯功率达1036瓦,约等于整个银河系的功率输出。如果在宇宙中存在着Ⅲ型文明,无论在哪儿,只要它对准我们发射电波,我们就能探测到。
  如果以1.0型文明用于星际通讯的功率是1016瓦、1.1型是1017瓦、1.2型是1018瓦的标准来划分,目前的地球文明可大致定为0.7型。
  
  地外文明踪迹何在
  
  关于文明的讨论仅仅停留在头脑风暴的阶段,或许只具有哲学意义。但既然我们在这个蓝色的星球上诞生、演化,并且获得了足够的智慧来思考这个问题,就不妨推己及人,总揽生命的特征并进而鉴定他们可能的栖息地。
  生命从简单走向复杂,从低级走向高级,最终产生了智慧生命,它的产生需要极其苛刻的外界条件。
  地球上的生命都是基于“碳”元素的,也就是碳基生命。地球型智慧生命存在的必要条件:一是合适的温度。显然,温度过高或过低,人们都无法生存下来。二是液态水,或相当于水的某种液体。它既是生物体的必要组成部分,也是各种生物化学反应的必要介质。化学反应是在分子之间进行的,液态水的存在会加速反应过程。三是合适的大气层。大气可以遮挡对生命具有杀伤力的宇宙线、陨石等天外来客,又可以使使液态水不致大量蒸发流失,同时也使地球保持一定的温度,温差不会太大。在没有大气的月球上,假如一块石头,被太阳照到的地方是130度,而石头的阴影处,哪怕相距只有一两厘米,那么,那个位置竟是负150度!如此大的温差显然是生命无法承受的。同时,导致生命起源的多种天然有机化合物,需要在大气中通过闪电的触发才能合成。四是足够稳定的星球表面。像木星、土星没有固态表面,就无法形成有效的生命活动空间。而至于恒星,只是一团剧烈燃烧的火球,更不可能有生命藏匿其间。另外,生命的发生过程是非常缓慢的。地球上最早的生命发生在地壳诞生后l0亿年时,到演化出人类这样的智慧生命,已经花费了数十亿年,所以星球必须足够稳定。五是具有构成有机物的化学元素,如氢、碳、氮、氧、铁等等。宇宙大爆炸初期,除了氢和少量氦之外,没有别的重元素,只有恒星形成并死亡之后,由它们合成的重元素才得以抛洒到宇宙中,为生命的形成奠定基础。所以生命也需要在宇宙诞生后相当长的时间里才可能形成。
  整个太阳系中,只有地球得天独厚,在一系列不可思议的巧合中构筑起了一个智慧生命的“安乐窝”。而像金星、火星和土卫六等可能具备生命存在的条件的星球,至今还没有发现生命的迹象,更别说智慧生命了。
  然而,银河系中有数不清的恒星一行星系统,它们完全有可能受到智慧生命的垂青,所以人类千方百计去寻找更多的“地球”。这些“地球”以及它上面的文明到底会存在于什么样的恒星一行星系统中呢?首先,这个系统的中央恒星只能有一颗,不能是两颗或多颗,否则系统中的行星最终会被两颗恒星的引力撕碎;其次,中央恒星的质量必须适中,既不能太大也不能太小。恒星的质量越大,它的寿命就越短。例如太阳的寿命大约是100亿年,而一颗质量是太阳2倍的恒星,寿命只有约18亿年,所以它的行星很可能来不及演化出智慧生命就随着恒星的死亡而走向终结了,而更大质量的恒星,寿命甚至只有数百万年,更不足以支撑生命演化。但恒星的质量也不能太小。譬如一颗质量是太阳质量0.5倍的恒星,它的寿命大约是560亿年,但是它的光辐射比太阳微弱得多,像地球这样的行星要想获得足够的能量以维持合适的温度,就必须与恒星离得很近,大约只有现在的日地距离的1/3。时间一长,就会变得永远以同一面朝向恒星,就像月球总是以同一面朝向地球一样,最终的结果就是一个半球太热,而另一个半球却太冷,变得不再适合生命居住。艰难的找寻
  人类从学会直立行走开始,就本能地尽一切所能在宇宙中寻找自己的同伴,因为这是回答“我是谁”、“我从哪里来”、“要到哪里去”等根本性问题的关键。但直到20世纪60年代,随着电子和信息技术的飞速发展,人们才能有效地主动与地外文明进行联络。采取的途径主要有几种:
  一是“听广播”,也就是把望远镜指向星空深处,接收来自于别的文明的信号。当然“收听”的频段也是经过精心选择的。科学家主要把目光放在了1.42GHz、1.667GHz、22GHz附近的微波波段上。第一个频率是氢原子发出的无线电波的频率、第二个是羟基(-OH)的频率、第三个则是水分子的。选择这些波段的理由是,氢是宇宙中最丰富的元素,而羟基和水在生命活动中扮演了至关重要的角色。
  最著名、影响最广的就是SETI(Search for ExtraterrestrialIntelligence,即“地外文明探索”)计划,它是若干个搜寻地外文明的计划的总 称,已经成为西方一个习惯用语。目前,最大的SETI项目是“凤凰”计划(PrOjectPhoenix),它有选择地细查200光年以内约1000个邻近的类太阳恒星,看它们是否也有适合文明繁衍的行星。不过,人们可能更加熟悉另外一个SETI计划,那就是SETI@HOME。它是由加州大学伯克利分校开展的,借助一个屏幕保护程序处理阿雷西博(Arecibo)射电望远镜接收的无线电信号。口径350米的阿雷西博射电望远镜是世界上最大的望远镜。它日夜不停地监视着天空,以期获得地外智慧生命发射给地球的任何蛛丝马迹。
  二是“发电报”。无线电波是宇宙中运行最快的物质,也是传递信息的最佳载体。除了被动接收来自别的星球的电波外,我们也可以向宇宙中发射具有一定意义的电波,就好像向外太空发射电报一样。1974年11月16日,人们利用阿雷西博射电望远镜,向位于武仙座内的球状星团发出了一份功率极强的“电报”。武仙座球状星团是北半球最大、最美丽的星团,它是一个大约30万颗恒星组成的恒星集团。只要其中有一颗星附近有比较高级的地外文明,他们就会将电报截获,并给我们发来回电。可惜M13距离我们过于遥远,大约是2.4万光年,所以,假如地球人能收到回电的话,那也是4.8万年以后的事情了。
  三是“写信”。最新的研究表明,“写信”可能是地球人类与外星文明联络的更佳方式。如果外星文明存在的地方距离地球仅几十光年,信息发送者希望能在相当于人类一生的时间内很快收到回音,那么电磁波确实可以用于人类同外星文明的双向交流;但如果不急于收到回音,想在更远距离上传送更多信息,那么将信息刻写在物理材料上发送出去,其能量效率要比利用电磁波通信高得多,因为电磁波在宇宙中传播时会因发散而逐渐变弱,而物质载体则能够保存上十亿年。
  早在上世纪70年代,美国发射了四个行星探测器,分别是“先驱者10号”、“先驱者11号”、“旅行者1号”、“旅行者2号”,在它们身上都带有包含人类信息的金属“名片”,肩负有寻访地外文明和传递人类信息的使命。现在它们的行星探测任务早已完成,正在飞越太阳系的边缘。如果巧遇人类的知音,他们将从探测器中了解人类的活动,确定进一步交往的可能。
  四是“拜访”和“迎客”。直接发送探测器或者人员登陆别的星球,无疑是最直接的搜寻之道。不过限于技术水平,这种方式只适于我们的近邻,诸如金星、火星、土卫六(土星的第6颗卫星)等。近些年风风火火的火星探测潮已告一段落,人们对它的“摸底”工作也宣告完成:火星上没有智慧生命,但很可能有微生物。而金星和水星上环境更恶劣,不大可能是生命的栖息地,令人失望。倒是一直作为土星附庸的土卫六着实给了天文学家们一个惊喜,2005年1月,欧洲航空局的“惠更斯”探测器登陆土卫六,并且传回了它的表面照片,人们发现这个遥远的卫星上正有液体奔涌不休,尽管它不是水,但肯定是碳氢化合物,或许正有微生物畅游其中。
  所谓“迎客”,就是等地外文明的“名片”或他们本身莅临地球,尽管这是目前最热门的话题之一,但天文学家们一致认为,目前还没有确切证据表明他们造访过地球。
  五是寻找新地球,即寻找类地行星。自从1995年发现第一颗太阳系外行星系统以来,短短十多年的时间里,新发现的太阳系外行星已经超过了220颗。不过由于观测技术的限制,我们找到的这些行星绝大多数都比木星更大、更热,不是人们翘首以盼的“兄弟地球”。直到2007年4月25号,一篇爆炸性的新闻把人们这么多年来憋足了的热情完全激发了出来:找到了第二个地球!这颗新发现的行星被命名为“Gliese581c”,围绕着一颗叫Gliese581的红矮星运转。它比木星小得多,质量是地球的5倍,最重要的是,它位于“可居住带”内。可居住带(habitable zone)是一个行星与恒星的距离范围,在这个范围内的行星能够获得合适的恒星辐照,具有合适的温度,能在很长时间内(数十亿年)保持液态水的存在。尽管人们尚无法确定它是否具有固态表面,以及它是否真的有液态水,但这是人类发现的第一颗位于可居住带内的和地球大小相当的行星,更加坚定了人们寻找“新地球”的信心。现在世界上最先进的望远镜都已投入了这个课题的观测,而且还有许多空间望远镜将会加入其中。
  
  地球模式的反思
  
  一直以来,“地球模式”都是我们寻找地外文明的圭臬,天文学家们使尽浑身解数,在宇宙中寻找水、氧、碳或者“第二个地球”。近40年来,我们找到了超过220颗地外行星(而且这个数字还在与日俱增);我们在火星上找到了水;我们的探测器成功登陆过月球、金星、火星、土卫六甚至小行星 但结果令人失望,那些茫不可测的地外文明依旧只存在于我们的幻想中。于是有人提出了质疑,“地球模式”真的置之宇宙而皆准吗?宇宙中是否还有其他的生命形式?
  事实上近年人们已经发现,许多种类的细菌无需空气,它们或是通过分解(而不是氧化)有机食物,或是从硫酸盐或硝酸盐等氧化合物而不是从空气中获得氧;有的细菌甚至不需要氧就能生存下来。它们生命的潜能与地球上其他生命的潜能几乎完全不同。正是这一不同,向我们暗示着一种可能,即在其他星球上的另一种生命形式。
  已故著名科普大师阿西莫夫在《并非我们所认识的》一文中对生命的形式曾做出过全面考察和系统分析。他在文中提出了六种生命形态:一是以氟化硅酮为介质的氟化硅酮生物;二是以硫为介质的氟化硫生物;三是以水为介质的核酸/蛋白质(以氧为基础的)生物;四是以氨为介质的核酸/蛋白质(以氮为基础的)生物;五是以甲烷为介质的类脂化合物生物;六是以氢为介质的类脂化合物生物。其中第三项便是我们所熟悉的一一也是我们惟一认识的地球生命。至于第一、第二项,是一些高温星球上可能存在的生命形式,而第四项至第六项,则是一些寒冷星球上可能存在的生物形态。目前,最被人们关注是“硅基生命”。化学元素周期表中,硅是和碳同族的元素,化学性质也最为相似。一些科学家猜测,一些特异的生命形态就有可能以类似硅酮的物质构成。硅基动物很可能看起来像是些会活动的晶体,这种生物体的结构件可能是被类似玻璃纤维的丝线串在一起,中间连接肌件以形成灵活、精巧甚至薄而且透明的结构,这不仅是一些学者的研究课题,也是许多科幻作家钟爱的题材。
  硅基生命或许并不是无稽之谈。2007年3月,美国天文学家发现一颗充满硅酸盐颗粒的大气的行星。它与木星类似,但大气中有很小的、像沙粒一样的硅酸盐颗粒,并且没有水分子,与我们熟知的太阳系所有行星的大气都不一样。尽管现在人们还无法准确估量这一 发现的价值,但这或许会成为打开另类生命形式的开端。它提醒了人类,我们不是在寻找另外的“自己”,而是在寻找地球外的“生命”。
  
  没有答案的结局
  
  天文学家们为寻找地外文明不遗余力,普通民众也对此兴致高昂,不过同时,人们又对搜寻的后果产生了担忧。每个人都在问,这个轰轰烈烈的游戏将会如何收场?如果找不到宇宙知音,是不是要一直找下去?如果找到了又会怎样,我们碰到的将是友善的睦邻还是可怕的恶魔?但是,没有人能给出准确答案。
  我们不妨对自己的搜寻方式做一个点评。首先,我们要明确,我们很可能只能找到那些和我们同级别或者略高一些的文明。因为不同级别的文明是很难交流的,就好像我们不会去和昆虫交流一样,不同级别的文明根本无法互相理解。只有和我们同级别的文明,和我们一样用无线电波做为远距通讯方式,并且还要正好朝着地球的方向,他们的信息才有可能被我们接收到,反过来,我们也必须正好把信号发射到他们所在的地方。如此看来,我们能通过“听广播”、“发电报”的方式联络上地外文明的概率并不让人乐观。正如前文所述,恒星、星系间的距离是以光年来计算的。离我们最近的恒星也在4.3光年之外,而最近的河外星系则有近30000光年之遥。如果以无线电波做通讯载体,一次信息的双向交流就要10年甚至10万年,如果在太阳附近没有与我们类似的文明,那么很可能要相隔几代人之后才能和地外文明交流一次。通过“写信”的方式寻找地外文明,则更是象征意义远大于实际效果,像“旅行者”号这样的人造物体被另一个文明发现的可能性基本上可以忽略,即便被发现,那时的地球文明可能也早已毁灭了。那么,会不会有更高级别的文明造访地球呢?有人曾经计算过,假如银河系内有100万个文明,而每年只有一艘飞船到达地球,那么整个银河系中每年发射的飞船大约有100亿艘,而且制造这些飞船所需的金属大约是银河系中所有金属储量的1%。换句话说,一个文明只有倾其所有,才能有可能造访我们。所以,“UFO”的种种传言,恐怕都只是天方夜谈罢了。最务实的方法,就是寻找处于“可居住带”内的行星,这也正是天文学家的主要努力方向。当我们判断出某个行星可能存在文明时,就可以向它“发电报”了,尽管这种联络仍然困难重重。
  归根结底,要想找到地外文明,就必须提高我们自身的文明等级。如果我们的通讯方法有了改变,以一种我们现在还不知道的方式传递信息,迅速完成星际通讯,那么我们找到知音的几率就会大大增加。更进一步,如果我们掌握了更高级的理论,能突破时间和空间的障碍实现星际旅行,到那时我们才有机会在太空中找到我们的朋友,而即使碰到的不是朋友,我们也会一无所惧。
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