2021年11月5日星期五

科学好故事|申请加入星系俱乐部:人类搜寻外星生命技术史|地球|外星


  来源:aeon

  撰文:Pam Weintraub

  翻译:叶子

图为人类拍下的第一张系外行星的照片。这颗行星距地球约200光年,质量约为木星的五倍,围绕一颗年轻的棕矮星旋转。  图为人类拍下的第一张系外行星的照片。这颗行星距地球约200光年,质量约为木星的五倍,围绕一颗年轻的棕矮星旋转。

  一代又一代地球人一直在思考这样一个问题:我们在宇宙中是唯一的存在吗?假如不是,那我们是应该感到激动呢、还是恐惧呢?

  1686年,法国科学家伯纳德·丰特奈尔在著作《世界的多元性对话》中提出了一条启发性的推测:"如果地球上拥有如此多的生命,而其它星球却空无一人,那未免太奇怪了。"他还提出,外星生物也许会试图与我们沟通,甚至借助某种先进的飞行方法造访过地球。

  自此之后,每一代人都曾使用过自己的方式、试图与外星生命进行联络,这也一直是各个时代的技术主题。

  1818年,德国数学家高斯提议用"回照器"联系外星人。这是他设计的一套由镜面组成的系统,可通过反射阳光发射编码信号。等到早期电灯发明之后,法国发明家查尔斯·克罗斯提出,可以通过放大灯泡的体积、用光束将信息发送到金星或火星上。到了1900年,尼古拉·特斯拉写道,利用最新发明的射电波,"行星际沟通已经进入了可能实现的阶段"。仅过了一年,他就报道称自己探测到了疑似来自另一个世界的信号。


  然后研究就在这里卡住了。即使技术变化的速度越来越快,但时至今日,射电依然是搜索外星人的主要媒介。在特斯拉提出利用射电波搜索外星人一个世纪之后,参与地外智慧生命搜寻(简称SETI)的研究人员仍在用天线扫描夜空,试图捕捉来自其它世界的人造射电信号。在这些努力下,统计学上限不断缩紧,还出现了几次假警报,令人短暂地兴奋了一下,但大多最终还是一无所获。

  要想让SETI再次开始发展,需要的不仅是某种特定的新技术。更重要的是,我们要以全新的角度、将技术作为一个整体来思考。"我向来不太支持所谓的'灯塔SETI理念',"罗切斯特大学天体物理学家亚当·弗兰克表示,"这种方法的基本理念就是等待别人通过射电信号发信息给你。但我觉得也许没人想这么做。"以弗兰克为首的一些研究人员采用的是另一种不同的搜索方法,侧重于寻找外星人的"技术特征",即外星技术在改造环境时留下的痕迹。

  从SETI向"技术特征"的转变将改变我们对地外生命的想象。正在兴起的技术特征科学也重新引发了一场沉寂已久的争论:要想与外星人联络,我们是否需要停止"只听不说"的传统做法、开始主动向外发声?如果我们向宇宙宣告自己的存在,会不会造成地球的毁灭?

  SETI由上世纪50年代的"太空时代"心态发展而来。当时火箭科学家们起草了一系列计划,准备将太空飞船送往其它星球;与此同时,天文学家也开始针对来自遥远天体的射电信号开展详细研究。美国国家射电天文台的射电天文学家弗兰克·德雷克将这两大主题融合在了一起,开始思考其它世界的智慧生物是否也会以类似的方式向外探索,并试图通过射电波与我们联络。利用美国国家射电天文台的85英尺口径射电天线,便可探测到这些信号。

  1960年,德雷克开展了"奥兹玛计划",试图搜索地外文明发出的信息。他利用85英尺口径的射电望远镜扫描夜空,同时用一台扬声器抓取静音噪声中可能隐藏的信息。这项小规模计划吸引了大量媒体与学界关注。一年后,德雷克召开了首次SETI会议,邀请了十余名顶尖科学家前来探讨搜索地外文明的前景。年轻的天文学家吉尔·塔特也是其中一员。几十年后,她成为了迄今为止规模最大的SETI项目——NASA的高分辨率微波巡天计划的项目科学家。

1974年,阿雷西博对准25000光年之外武仙座的M13星团发射了一个问候信息,里面包含了1679个比特的序列。1679是23和73两个质数的乘积,我们希望接收到这个信息的外星文明,可以解译出如下73x23的图形。这里包含了地球与人类的太多隐私,比如我们擅长的十进制、人类DNA的元素与基本结构、地球人口数目(1974年)、地球的位置、甚至地球男人的平均身高!  1974年,阿雷西博对准25000光年之外武仙座的M13星团发射了一个问候信息,里面包含了1679个比特的序列。1679是23和73两个质数的乘积,我们希望接收到这个信息的外星文明,可以解译出如下73x23的图形。这里包含了地球与人类的太多隐私,比如我们擅长的十进制、人类DNA的元素与基本结构、地球人口数目(1974年)、地球的位置、甚至地球男人的平均身高!

  NASA的这项努力在1992年给了人们很大的希望。但仅仅一年之后,希望就破灭了。内华达州参议员理查德·布莱恩将其单独拎出、作为"政府浪费"的典型案例进行鞭笞。美国国会不仅叫停了这一项目,还禁止NASA对该方向上的任何研究项目投入资金。塔特此时挺身而出,共同创立了非营利性组织SETI研究所,希望通过私人赞助继续自己的研究,但该领域的名声已经到了崩盘的边缘。

  情况就这样停滞了。但当时没有人意识到,两位名气不大的瑞士科学家其实已经为SETI的复活奠定了基础。1993年,就在参议员布莱恩嘲笑SETI项目的同时,日内瓦天文台的米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎罗兹完成了一种新仪器的设计。这种仪器敏感度很高,甚至可以发现太阳系之外的行星。1995年,二人将自己取得的成功公之于众:他们发现了第一颗围绕其它恒星旋转的行星。他们的同事弄清了搜索的方向和方式后,新的探测结果便开始如雨后春笋般纷纷浮现。截至目前,人类发现的系外行星数量已经超过了4500。

  随着我们发现的系外行星数量急剧增加,"其它行星上可能存在生命"已经不再是一种哲学上的猜测,而是可以通过实际行动加以探究。研究人员发明了一个新词——"生物特征",用来描述能说明其它星球上存在生物活动的化学证据。例如,地球上的氧气通过光合作用产生,甲烷则由微生物消化有机质产生。这两种气体会发生相互反应,所以在氧气含量较高的大气中,甲烷若得不到稳定的补充,就会迅速消失。因此如果能在某颗系外行星上同时发现氧气和甲烷,这就是生命存在的有力证据。

  塔特很快意识到,生物特征对SETI项目而言也具有重要意义。任何可以观察到的新陈代谢活动的迹象都可以视为生物特征。她不禁开始思考:如果是技术活动留下的印迹,我们该叫它什么呢?技术特征?人类改造地球的方式有千百万种,但从未有意向宇宙宣告过我们的存在。白天,我们从工厂排放出滚滚浓烟;夜间,我们则用灯光点亮城市。我们根本忍不住这么做,就像细菌忍不住释放甲烷一样。由此引申开来,先进的外星生物也可能在创造工业化文明的同时,以可见的方式改造了自己的星球。

  在2006年为国际天文联合会做的一次讲演中,塔特介绍了这种全新的概念,并指出SETI需要一个更广义的定义。她提出,如今是时候对任何指向外星技术存在的线索展开追寻了。

  2018年秋天,SETI的"品牌再造"事业终于迎来了突破性时刻。NASA在休斯顿召开了一次"技术特征研讨会",不仅召集了一些外星生命搜寻领域的"老将",还邀请了其他多名科学家,比如亚当·弗兰克。弗兰克的主要工作是研发精细的恒星演化计算机模型,此前从未认真思考过SETI问题。但技术特征的概念却引起了他的兴趣,因为它将重点从"外星人会不会发射信号"这一项具体动作上转移到了"外星智慧生命会如何生活"这一更加广泛的问题上。

  除了提出新思想、新理念之外,此次技术特征研讨会还承诺为SETI研究提供一剂已缺席四分之一个世纪的"灵丹妙药":来自NASA的资金支持。系外行星的发现不仅给了NASA科学上的动力,还为其赢得了政治上的支持。人们会嘲笑SETI只是一项"寻找小绿人"的研究,但对生物特征的研究听上去却是一个正经、严肃的观测项目。果不其然,对生物特征项目的拨款很快就顺利通过了审批,为接下来的技术特征研究资金铺平了道路。

  近20年间对系外行星的研究表明,对技术特征的搜寻虽然存在挑战,但还是有可能实现的。当系.............

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