文/ 物質(zhì)第四態(tài)

當(dāng)我們仰望星空時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種自然而然的疑問(wèn)：在浩瀚的太空中，我們是唯一的文明嗎？在天文觀測(cè)手段不甚發(fā)達(dá)的年代，人們?cè)?jīng)幻想過(guò)太陽(yáng)系的其他行星上也存在著生命。而當(dāng)我們逐個(gè)揭開(kāi)這些行星的神秘面紗時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)要想找到宇宙之中的同類，我們不得不將視角望向更加遙遠(yuǎn)的太空之中。

▲ 阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡

▲ 開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的可能具備宜居條件的系外行星

進(jìn)行射電觀測(cè)

當(dāng)人們開(kāi)始用無(wú)線電傳播信號(hào)之后，人們自然而然地聯(lián)想到，既然無(wú)線電信號(hào)可以跨越大洋，將信息送到遙遠(yuǎn)的地方，那么外星人也有可能利用無(wú)線電信號(hào)，將文明的信息傳播到宇宙的其他位置。在無(wú)線電通信技術(shù)投入使用后不久，就有科學(xué)家開(kāi)始了探索外星信號(hào)的嘗試。

在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，相繼有物理學(xué)家特斯拉、無(wú)線電技術(shù)的先驅(qū)馬可尼等人先后宣稱自己發(fā)現(xiàn)了來(lái)自火星的信號(hào)。那時(shí)，即便最好的望遠(yuǎn)鏡也只能勉強(qiáng)分辨火星表面的地形地貌，而與地球相似的山峰與河流讓人們紛紛暢想火星人的存在。一旦奇怪的無(wú)線電信號(hào)與火星的出現(xiàn)有著一丁點(diǎn)的關(guān)聯(lián)，人們自然而然地會(huì)聯(lián)想到這是否是來(lái)自火星人發(fā)出的信息。1924年，當(dāng)火星與地球的距離變得相對(duì)接近時(shí)，美國(guó)在8月21日到8月23日開(kāi)展了“全國(guó)廣播靜默日”活動(dòng)，所有廣播電臺(tái)每小時(shí)靜默5分鐘，為收聽(tīng)火星人的信號(hào)提供一個(gè)“安靜”的環(huán)境。不過(guò)，以我們今天的探測(cè)結(jié)果看，火星表面并沒(méi)有文明存在，這些努力當(dāng)然也沒(méi)有結(jié)果。

▲ 開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡

當(dāng)射電天文學(xué)在上世紀(jì)初誕生后，射電天文學(xué)家們很快意識(shí)到，這些射電望遠(yuǎn)鏡不但可以捕捉到來(lái)自天體物理過(guò)程的自然信號(hào)，也有可能捕捉到地外文明發(fā)射的人工信號(hào)。1960年，康奈爾大學(xué)的天文學(xué)家德雷克提出了“水洞”的概念。他認(rèn)為，如果其他文明與我們具有相同生命體構(gòu)成方式，自然會(huì)對(duì)“水”這種物質(zhì)情有獨(dú)鐘。在1.4GHz附近，有一個(gè)位于氫元素和氫氧元素構(gòu)成的無(wú)線電譜線之間的區(qū)域，剛好可以用來(lái)疊加上人工信號(hào)。雖然德雷克自己在當(dāng)時(shí)對(duì)幾顆恒星附近的搜索一無(wú)所獲，但“水洞”的概念深刻影響了后來(lái)對(duì)地外文明的搜索，目前仍是首選的頻段之一。

1957年，美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)資助俄亥俄州立大學(xué)建起了專用于地外文明搜索的射電天線，這可能是最早的地外文明資助項(xiàng)目。1971年，美國(guó)宇航局也加入到對(duì)地外文明監(jiān)聽(tīng)的資助行列中來(lái)。

從1980年起，相關(guān)的研究者開(kāi)始獲得相對(duì)穩(wěn)定的資助。1971年，甚至有研究者提出了“獨(dú)眼巨人”計(jì)劃，建設(shè)1000面100米口徑組成的巨大射電望遠(yuǎn)鏡陣列，專門(mén)進(jìn)行地外文明射電信號(hào)的搜索，總預(yù)算高達(dá)100億美元。然而，這樣宏大的設(shè)想很難得到資金支持，而地外文明的搜索也一直沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展。直白點(diǎn)兒說(shuō)，就是一伙外星人都沒(méi)有找到。

上世紀(jì)90年代初，美國(guó)宇航局每年撥給有關(guān)研究的經(jīng)費(fèi)曾經(jīng)一度高達(dá)每年1000多萬(wàn)美元。但遲遲看不到成果后，這些資助在1994年戛然而止。

之后，用來(lái)尋找地外文明的射電天文觀測(cè)幾乎得不到來(lái)自公共領(lǐng)域的資助。不過(guò)，好在不少對(duì)地外文明存在濃厚興趣的“土豪”們慷慨解囊，支撐了上世紀(jì)90年代到現(xiàn)在的不少觀測(cè)計(jì)劃。微軟的聯(lián)合創(chuàng)始人保羅·艾倫和英特爾公司創(chuàng)始人高登·摩爾各支持了使用包括阿雷西博望遠(yuǎn)鏡在內(nèi)等大型射電望遠(yuǎn)鏡的“鳳凰計(jì)劃”。

▲ “旅行者號(hào)”搭載的金唱盤(pán)

從1994年到2004年，該計(jì)劃在1.2～3GHz頻段內(nèi)對(duì)大約250光年內(nèi)的800多顆恒星進(jìn)行了窄帶觀測(cè)，但其探測(cè)到的數(shù)百萬(wàn)個(gè)“信號(hào)”都被認(rèn)證為源自地球的干擾信號(hào)。2015年，物理學(xué)家出身的俄羅斯企業(yè)家尤里·米爾納發(fā)起“突破倡議”，承諾出資1億美元，推動(dòng)包括“突破聆聽(tīng)”計(jì)劃在內(nèi)的多個(gè)與地外生命探索相關(guān)的研究計(jì)劃。在這些計(jì)劃的開(kāi)展中，天文學(xué)家們也“精明”地不再謀求建設(shè)專用的大型射電望遠(yuǎn)鏡，而是通過(guò)與其他研究分享望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)時(shí)間的方式，來(lái)獲得觀測(cè)機(jī)會(huì)。

尋找地外行星

除了使用射電望遠(yuǎn)鏡聆聽(tīng)太空中的信號(hào)外，人們還在沿著另一條道路搜尋地外文明的存在。我們目前能認(rèn)識(shí)到的智慧生物，必然無(wú)法在恒星上生存，因此發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系以外的行星是找到他們存在的第一步。雖然人們對(duì)系外行星的猜想早就存在，但到了1995年，人們才發(fā)現(xiàn)了第一顆系外行星。2011年，開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡的升空使系外行星的發(fā)現(xiàn)迎來(lái)了大爆發(fā)。

當(dāng)一顆行星恰好處于它所圍繞的恒星和地球之間時(shí)，我們從地球上觀察到的恒星亮度就會(huì)因?yàn)樾行堑恼趽醵l(fā)生微小的降低。一旦行星因?yàn)楣D(zhuǎn)而離開(kāi)恒星與地球之間的位置，我們觀察到的恒星亮度則又會(huì)恢復(fù)到平常的水平。通過(guò)觀測(cè)恒星這樣的亮度變化，就可以確定恒星周?chē)欠裼袧撛诘男行?，這是凌日法探測(cè)系外行星的基本原理。開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡擁有由42塊CCD感光元件組成的巨大CCD陣列。在整個(gè)任務(wù)期間，開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天鵝座所在的天區(qū)，連續(xù)記錄了銀河系中心附近的15萬(wàn)顆恒星的亮度，供科學(xué)家們尋找系外行星存在的蛛絲馬跡。

開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡總共確定了2300顆系外行星的存在，還將4500個(gè)天體列入了潛在的系外行星范疇。隨著開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)的分析和獲取，天文學(xué)家們驚訝地發(fā)現(xiàn)太空中幾乎到處都有行星存在。在太陽(yáng)系中，不存在個(gè)頭介于地球和海王星之間的行星，但在其他恒星周邊這樣的行星卻有不少。這表明，宇宙實(shí)際上是個(gè)行星的大寶庫(kù)。在這些行星中，最有可能孕育生命的是處于宜居帶中的行星。這些行星與恒星的距離，可以允許液態(tài)水的存在，為與我們類似的生命的存在提供了基本條件。

▲ 水洞的頻段

▲ “先驅(qū)者號(hào)”上面的人類信息板

2011年12月5日，天文學(xué)家利用開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡，首次發(fā)現(xiàn)了一顆距離地球約600光年的宜居帶系外行星開(kāi)普勒-22b。這顆行星的表面溫度約為21-22攝氏度，公轉(zhuǎn)一周的周期大概290天，與地球相似度極高。

近年來(lái)，我們時(shí)常會(huì)在新聞中看到“超級(jí)地球”發(fā)現(xiàn)的消息。實(shí)際上，這些消息報(bào)道的僅僅是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了又一顆某些方面與地球類似的系外行星，并不意味著那里的情況和地球全面相似。實(shí)際上，有液態(tài)水存在僅僅是孕育生命所必須的諸多條件中的一個(gè)，我們尚未能完全證認(rèn)某顆系外行星完完全全適合生命存在。

▲ 在各類科幻作品中，人們幻想了許多地外智慧生物的模樣。不過(guò)對(duì)于他們真正的形態(tài)，人類目前仍然一無(wú)所知

主動(dòng)發(fā)射探測(cè)器

尋找地外文明的另一個(gè)途徑，是主動(dòng)發(fā)射探測(cè)器，帶去關(guān)于地球的訊息。

在上世紀(jì)70年代，美國(guó)相繼發(fā)射了“先驅(qū)者10號(hào)”“先驅(qū)者11號(hào)”“旅行者1號(hào)”“旅行者2號(hào)”4個(gè)探測(cè)器。這4個(gè)探測(cè)器在完成各自對(duì)于太陽(yáng)系外行星的探索之后，都繼續(xù)飛向了太陽(yáng)系以外。雖然在茫茫太空中與地外文明相會(huì)的機(jī)會(huì)十分微小，但設(shè)計(jì)它們的天文學(xué)家和工程師們還是為這種接觸做了準(zhǔn)備。在“先驅(qū)者10號(hào)”和“先驅(qū)者11號(hào)”上，一個(gè)鋁合金板被附加到探測(cè)器上，以提示捕獲這艘探測(cè)器的地外文明，這艘探測(cè)器來(lái)自何處。

在宇宙中，存在著一種被命名為脈沖星的天體。這種天體最大的特征是能夠向外發(fā)射周期十分穩(wěn)定的信號(hào)。在“先驅(qū)者10號(hào)”和11號(hào)所攜帶的鋁合金板上，標(biāo)識(shí)了14顆脈沖星，以及太陽(yáng)與他們的相對(duì)位置。這些脈沖星的輻射頻率都是獨(dú)特的。如果捕獲這個(gè)探測(cè)器的文明與我們具備同樣的科技水平，他們就能從已經(jīng)觀測(cè)到的脈沖星中數(shù)據(jù)中確定這些脈沖星到底是哪幾顆，進(jìn)而確定太陽(yáng)系的位置。鋁合金板底部的示意圖進(jìn)一步說(shuō)明了這個(gè)探測(cè)器來(lái)自于太陽(yáng)附近的第三顆行星，也就是我們的地球?！奥眯姓?號(hào)”和“旅行者2號(hào)”的金唱盤(pán)內(nèi)存入了更加豐富的信息，但標(biāo)示地球位置用的是同一種方式。

▲ 浩翰無(wú)垠的星空

目前，地球上通用時(shí)間單位“秒”和長(zhǎng)度單位“米”，都是通過(guò)全世界共同制定并遵守的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定的。顯然，不能用人類自己規(guī)定的單位來(lái)向外星人描述，科學(xué)家們?cè)俅蜗氲搅擞米匀滑F(xiàn)象來(lái)傳遞單位信息。他們?cè)趫A盤(pán)上用簡(jiǎn)圖標(biāo)識(shí)了氫原子內(nèi)自旋躍遷的圖像。按照我們目前對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)，氫是宇宙中存在最廣泛的物質(zhì)，其原子結(jié)構(gòu)也最簡(jiǎn)單。在圖像下方，有一條短的直線，用以表示二進(jìn)制里的“1”。這個(gè)躍遷的周期為0.704納秒，發(fā)出的電磁波波長(zhǎng)為21.106厘米。在標(biāo)示脈沖星的周期和與地球的距離時(shí)，氫原子自旋躍遷的這兩個(gè)特征量被用作了時(shí)間和長(zhǎng)度的單位。以我們目前對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，外星人所觀察到的氫原子自旋躍遷現(xiàn)象應(yīng)該有著一樣的特征，而二進(jìn)制又是一種容易理解的數(shù)學(xué)表達(dá)。他們的科技水平如果與我們相當(dāng)，應(yīng)該能夠明白我們所要傳遞的信息。★