宇宙大搜索 尋找來自星星的你

2020-12-04 環球網

「外星人,你在哪裡?」地球人頻頻喊話——連日來,發現克卜勒-452b,霍金聯手俄羅斯億萬富翁啟動探尋地外智慧生命項目,再一次引起了人們對尋找外星人的新的期待。

北京時間7月24日凌晨,美國國家宇航局(NASA)發布「重大新聞」:發現了迄今為止與地球最相似的太陽系外行星——「克卜勒-452b」,並將該發現稱作尋找「另一個地球」旅途上的「裡程碑」。

據此4日之前,主張「不要和外星人說話」的英國科學家史蒂芬·霍金也「自食其言」,將與俄羅斯億萬富翁尤裡·米爾納聯手探尋地外智慧生命。

太空重大發現與科學「大咖」釋放的信號讓生活在「地球村」的村民們好奇心爆棚。是否真有地外智慧生命的存在成為人類探索太空的一大動力。從飛越冥王星到搜尋類地行星,人類對於宇宙的探索從未止步,就像在黑漆漆的夜空中找尋自己的影子——尋找,來自星星的你。

「你」生活在哪裡?

數千年來,人們一直想知道一個問題的答案:在宇宙中,我們是否孤獨呢?

克卜勒-452b的發現著實讓人類歡呼雀躍了一把。美國宇航局宣布,通過克卜勒空間望遠鏡的觀測和資料分析,克卜勒-452b是目前在類似太陽的恆星周邊的「宜居帶」上體積最接近地球大小的行星。各路網友腦洞大開,有人調侃,「應該為地球多尋找些這樣的表哥」。

NASA發射克卜勒空間望遠鏡不是在探索智慧生命,而是在探索銀河系中的類地行星。「本質上它是一顆圍繞類似太陽的恆星做旋轉運動的行星。除了確切知道直徑和軌道周期與地球相似,位於母恆星的宜居地帶,但到底有無生命、大氣、海洋、陸地等其他的信息一概不知。」果殼網「科學人」主筆、天文科普作家虞駿告訴科技日報記者,「第二個地球」不是地球,只是它與母恆星的位置與地球和太陽的位置相近而已。

他說,尋找太陽系行星與探尋智慧生命也是兩碼事。前者是找到一顆地表、溫度、大氣等因素與地球相近的行星,而後者往往複雜的多。一種方法是通過望遠鏡觀測那顆行星上的大氣成分,「如果大氣成分中有大量的氧氣,可以確定該星球上會有生命。」虞駿推測,鑑於氧氣成分在自然界中很難大量單獨存在,作為一種活躍的元素,氧會與各種物質發生化學反應,變為固態留存在地表。就像地球依靠生物的光合作用提供氧氣,基本可以認定,氧氣可以視為是存在生命的跡象。「在遙遠的星球上,我們用望遠鏡去看行星上大氣的成分,特別是有氧氣、甲烷等一些氣體,都可以成為外星生命存在的信號。」虞駿說。

英國科學家史蒂芬·霍金曾經在電視節目中發生警告「不要和外星人說話」,這一次霍金與俄羅斯富商聯手搜索外星智慧生命不是自食其言嗎?虞駿認為,霍金的項目並非「自食其言」。「如果主動騷擾外星人,那我們可能會遭遇災難的。」他說,「霍金要表達的意思並不是要主動招惹,而是去主動發現他們,靜觀地外智慧生命的信息。」

如何才能找到「你」?

其實,尋找地外智能生命在上世紀60年代就開始了。美國天文學家弗蘭克·德雷克執行了第一個現代SETI(搜尋地外文明)實驗——使用位於西弗古尼亞綠岸一個直徑26米的射電望遠鏡通過無線電探測星際,並提出了探尋地外智慧生命概率的「德雷克公式」。1977年,巨耳無線電望遠鏡從人馬座方向採集到72秒無線電信號,數據分析員埃赫曼在列印出來的信息邊寫上Wow!這是人類唯一一次接收到來自外太空的疑似非自然信號。

從技術角度來說,現在進行地外智慧生命的搜尋要成熟很多。「當年德雷克只是收聽了兩個恆星的無線電信號就花費了好幾個月的時間。現在可以實現同時監聽許多顆恆星不同頻段的信號。」說起探尋技術的發展,虞駿感嘆監聽效率大大提高。除此之外,計算機技術快速發展,使算法得到優化,接受信號的後期分析更有高效、迅捷的保證。

粗算說來,在銀河系中尋找地外文明是小概率事件。虞駿為科技日報記者打了個比方:假設銀河系中存在像我們一樣的智慧文明1000個,整個銀河系中恆星的數目有2000多億顆,平均的概率要探尋2億顆恆星才會有一定的機會找到智慧文明。

「工作量的巨大程度,在上世紀60年代、哪怕是90年代都是不可想像的。現在我們擁有監聽與計算技術和資金投入的保證,是一個很好的時候來尋找他們。」虞駿說。

現在,天文學家的主流方法就是用射電望遠鏡去探索智慧生命發出的無線電信號。到目前為止,還沒有找到一顆能夠驗證、確切是由智慧生命調製的無線電信號的行星。

不過,虞駿認為外星生命與智慧、文明另有區別。天文學家所指的外星生命也指那種簡單的、微觀的生命體等。而像人類這樣高等的、能發出無線電信號的文明生物與微生物差別是巨大的。所以,如果只是從尋找外星生物的角度來說,僅僅依靠望遠鏡來發現行星,觀測它的大氣層還遠遠不夠。

有科學家提出「戴森球」概念。一種觀點認為,當地外智慧生命生活在行星上,將會最大效率地利用太陽能。虞駿解釋道,「它們可能在整個星球布滿『太陽能板』。這還不夠,如果它們的技術能力達到的話,會將整個的太陽用『太陽能板』包起來,利用整個太陽發出的輻射獲取能源。這時,恆星的可見光將被遮擋,而星光則變化成紅外線(熱量)散發出來。」因此,天文學家也在太空的某些範圍內探測正常情況下的紅外線和異常情況下的紅外線的不同,以探索外星智慧生命的存在,但是目前同樣沒有結果。

還有一種探測地外智慧生命的方法被人們所熟知,即人類數次藉助太空飛行器,將地球信息送往深空。航天專家、《國際太空》雜誌執行主編龐之浩介紹,不久前飛掠冥王星的「新視野」號,就攜帶了來自世界各地的照片、聲音、文字甚至電腦程式,未來他抵達柯伊伯帶之後,會主動將這些信息通過無線電波發送出去。在這之前,人類還有4顆太空飛行器擔負過類似使命。如1972年、1973年發射的「先驅者」10號和11號,分別帶有表明地球方位和大致特徵的「名片」,上面畫著地球人的形象、太陽系相對於14顆脈衝星的位置、地球的方位等。科學家認為,他們經過800萬年的飛行後,可能與存在生命的恆星或行星系相會。

為何苦苦追尋「你」

儘管科學家對「另一個地球」的發現有了眉目,但克卜勒-452b距離地球大約1400光年。如果按照新視野號探測器飛掠冥王星的速度,也就是14千米/秒的速度飛向這顆行星,大約需要3000萬年才能抵達;即使以光速飛馳,也需要1400年。既然我們有生之年都無法去到那裡,這項研究有何意義呢?

「首先要解決『有沒有』的問題,下一步才是『能不能』的問題。」紫金山天文臺研究院季江徽曾介紹,在1930年剛剛發現冥王星時,人們完全不敢想像有一天可以通過飛行器造訪它,結果不到100年就實現了。在未來的幾百、幾千甚至幾十億年中,人類的科學技術一定會有重大突破,屆時「星空航行」也許是今天的我們無法想像的。

「從德雷克公式提出開始,在銀河系中能夠跟我們一樣、通過無線電聯絡的文明大概能有多少的問題一直縈繞在天文學家身邊。」虞駿認為,到目前,銀河系中恆星、行星的天體數量等概率問題逐步被揭曉,隨後的類地行星、誕生生命、演化智慧進而出現文明的概率也將被逐漸探索。另一個角度,以現在的計算機能力和射電望遠鏡裝備,只要有足夠長時間和充足的經費支持,就有能力系統性的在銀河系中掃描很大一部分。

虞駿表示,假設銀河系中真的有地外智慧生物,我們在未來10年至20年內,有可能遇到這樣一顆星球,聽到來自那個文明發出的無線電信號,至少可以知道, 人類是不是孤單。

如果在今後的多年掃描了10到20億顆恆星,沒有得出信號,也可以得出這樣一個結論:像人類這樣的文明在銀河系中十分罕見。

因此,不管找到或是找不到,這樣的探索都可以給「銀河系中是否有其他智慧生命的存在」一個科學的結論。

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外星生命長相大猜想

宇宙中擁有千億數量級的星系,每個星系如銀河系這樣大小,每個星系中又有千億級別的恆星系統。如果有外星生命,他們會長成什麼樣呢?

科學家對於外星生命的形態構想,提出了多種類型。

類地行星生物

在科學家眼中的外星生命有別於地球生物,可根據外星球的環境進行適當變化。有的可生存類地行星上,也就是巖質的地表,通過吸食巖石縫中的微生物生存。

有的是巖質行星上的海洋生物,人類已經發現木衛二上有海洋,而且是冰下海洋,其中有可能存在生命,因此科學家構想了木衛二上的海洋生物可能有極快的遊行速度。

氣態行星上的生物

由於氣態行星的數量在銀河系中非常之多,目前發現了幾千顆中大多數是氣態行星,那麼氣態行星上的生命是什麼樣的?科學家認為,氣態行星上的生命可能是水母狀的生物,可在充滿氫氣的大氣中生存,可利用雲層中的閃電為能量。

智慧物種

這裡說的智慧物種有維度上的考量,對於高緯度的生命,科學家無法想像,畢竟人類也是三維物種,想像更高維的生命存在物種上的想像困難。劍橋大學的古生物學家西蒙·康威教授在近日的論文中提出,人形生物是銀河系內的普遍形態。他在對寒武紀生物大爆發之後對物種進化進行了研究,發現趨同進化對地球生命的影響非常大。

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