寻找外星人的太阳能发电厂

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  天文学家正在寻找戴森球(美国物理学家、数学家弗里曼·戴森假想出的包围母恒星的巨大球形结构,它可以捕获大部分或者全部的恒星能量输出——译者注),希望寻找外星人的它是高等外星文明建造的大质量恒星级太阳能发电厂。
  1960年,数学家、物理学家及全能天才弗里曼·戴森预言,只要存在的时间足够长,宇宙中的任何文明最终都会将所在星球的能源消耗殆尽。戴森认为,这是文明发展过程中的一个重大障碍,而冲破这一障碍的做法只有一个:建造一个巨大的太阳能收集器。这是一个由太阳能电池板组成的壳,天文学家将其称为戴森球。戴森的想法只是一个思想实验,但如果这一假设是合理的,那么它的巨大意义就在于:想要寻找高等外星文明,就应该先寻找戴森球。
  以宾夕法尼亚州立大学的杰森·怀特为首的天文学小组开始了寻找戴森球的研究,将覆盖整个银河系以及数以百万计的其他星系。该项目从邓普顿基金会获得了数目可观的资金支持。该基金会是一个慈善组织,致力于资助人类面临的“重大问题”以及与“人类目的和终极现实”等问题相关的研究。
  那么,怀特的目标是否就是找到一个戴森球?虽然“球”这个词让人联想到一个坚实的球状结构,但怀特说他们不打算寻找这么一个硬壳。“即使恒星系有足够的能量维持一个坚实的壳,但这样一个结构从机械学来说是不可行的,”怀特对我说,“它更像大量尘埃组成的戴森云。”
  虽然这种对外星高科技的漫无边际的猜测看起来并不科学,但寻找外星生命的研究通常都依赖于这种猜测。SETI验证预言的方法就是利用望远镜阵列扫描天空中的外星无线电通信。目前,人类还没有多余的能量来发射SETI所要搜寻的无线电信号。天文学家罗伯特·格雷说:“无线电信号发射台必须全天候运作,全方位发射,而且信号要足够强大才能被几光年以外的地方接收到。因此,这就需要巨大的能量——不计其数的巨大发电厂发出的能量。”SETI认为,外星先进文明很重视与其他文明的交流,或者重视到愿意消耗巨大能量来进行交流。SETI还认为,外星文明将使用无线电波进行通信,并将他们的信号转换为我们能监测到的频率。外星文明能被人类找到,仅仅存在是不够的,他们必须开发并以可预见的方式使用技术才行。
  相较于SETI,专注于戴森球的研究不会对未来外星文明的目的做过多假设。事实上,该项研究的大多数假设来自生物学。正如项目负责人怀特解释的:“生命需要消耗能量,在消耗热量的过程中再辐射。”一个文明越发达,所需要的能量就越多,再辐射的热量也越多。生命还需要繁衍,这就产生了能源需求呈指数增长的可能性。如果任其发展,这种增长迟早会超过某一星球的所有可用能源。这时,对一个正在发展壮大的文明来说,除了从其他星球——最终从其母恒星——获取能源外别无他法。
  让我们以地球为例。正如奥利弗·莫顿指出的,太阳每天射向地球的能量为12万太瓦,这是人类整个工业文明所需能量的1万倍。这个数目的确不小,但要记住一点:我们的文明尚年轻,且发展迅速。仅在过去的30年中,全球能源消耗就已经翻倍。以这个速度发展下去,再过400年,我们需要的能量就达到了太阳对地球的能量输入水平。到那个时候,人类或许就该着手建造戴森球了。
  可以想象,一个先进的外星文明的能源消耗应该比我们多得多,何况他们的工业革命和能源消耗或许早在几十亿年前就已开始了。在宇宙中,戴森球的利用应该是一个古老而普遍的现象。
  戴森球与另一个文明进步的理论模型——卡尔达肖夫指数——相吻合。1964年,苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫试图构建一个新的科技进步理论,即通过衡量一个文明在历史发展过程中所能掌握的能量的大小来确定其先进程度。根据卡尔达肖夫指数,Ⅰ型文明可以控制和利用其所在星球的能量,Ⅱ型文明可以利用其母恒星的能量,Ⅲ型文明可以利用整个星系的能量。从本质上来说,寻找戴森球就是寻找Ⅱ型卡尔达肖夫指数文明。而且,因为它的前提是能源消耗,这就比诸如SETI之类的搜寻计划拥有显著优势:它可以使我们到那些不愿意跟我们交流的外星文明。
  戴森球收集的太阳能可以使其发热,正如计算机在通电使用过程中温度会升高一样。加热后的戴森球发射出红外线,可以被红外望远镜捕捉到。“戴森球在中红外线下特别明显,”怀特解释说,“就像我们的身体,在黑暗中肉眼看不见,但在中红外护目镜下却非常耀眼。”
  建立戴森球的文明将不得不远程跋涉以防被探测到,或者通过一些新技术掩饰其消耗产生的热量,或者建立低热量排放的巨大反应堆来逃避宇宙微波背景辐射的监测。怀特说,最后一个解决方案需要建立一个比正常尺寸大几百倍的球状结构。怀特认为,“如果一个文明想隐身,那么它肯定有办法隐身,但需要贯穿整个文明发展的大量的精密设计”。
  怀特的项目不是寻找戴森球的第一次研究。20世纪80年代,研究人员最先在费米实验室通过分析红外线天文卫星返回的数据寻找戴森球的下落。他们发现了很多疑点,但随后的分析证明,那些都是巨大的恒星或者吸收并反射阳光的尘埃。
  怀特的小组能够获得的数据是费米实验室的研究人员梦寐以求的。他们拥有三组不同的红外巡天观测数据,包括美国航空航天局宽视场红外巡天探测器的观测数据。这个探测器比红外线天文卫星敏感上百倍。他们将在银河系中搜寻戴森球,同时还将搜寻所有带有余热的星系——在科技打造的巨型框架下可能藏有大量恒星的星系。
  如果他们发现任何超预期的天文现象,将启动一段漫长的确认过程,可能全世界的天文学家和天文望远镜都将参与其中。怀特很谨慎地指出,无论原始数据是否有所暗示,他们都不会过早地下结论,因为“人们不止一次地发现某个神秘目标看起来像外星人,慢慢地,它变得清晰起来,原来只不过是有趣的自然现象而已”。事实上,尼古拉·卡尔达肖夫曾一度确信自己找到了几个疑似Ⅲ型文明,但最后发现它们只不过是类星体而已。
  那么,在戴森球与卡尔达肖夫指数之外,是否还有描述外星文明可能的存在形式的其他理论?怀特回答说:“在相关的科幻文本中我并未发现任何其他的理论,但不代表没有。在天体生物学领域,科学与科幻之间的界限非常模糊,有关这些问题的最好的论述往往出现在科幻小说中。”
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