搜尋外星文明：外星智能生命極有可能已在人類之前進化

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本文是繼上一篇德雷克方程漫談發表之後的補充篇，因為德雷克方程並不是科學家搜尋外星文明的終點，相反，這個方程更多地激勵了有關該問題的科學探索。就在2016年，美國的兩位科學家發表了一篇新論文，在德雷克方程的基礎上，用另外一種思維方式，從理論上論證了「宇宙歷史上是否存在其他的先進文明」這一問題。本文將介紹這一論文的相關細節，另外介紹一下國外搜尋外星文明的重要研究機構SETI。

圖片：搜索太空

　　人類在宇宙中是獨一無二的嗎？外星人是否真的存在呢？外星文明又位於宇宙中的哪些地方呢？《星際迷航》《星球大戰》中的場景會不會有一天真實上演呢？大概很多人都會產生這樣的想法，科學家們也不例外。

　　1961年，弗蘭克德雷克（Frank Drake）主持了一次「尋找外星人」會議，以探測外星文明的無線電信號。在為會議做準備時，Drake提出了著名的德雷克方程（Drake equation），列出了可以在銀河系中預測（那些具備宇宙通信技術的）智慧文明數量的七個參數。

五十多年過去了，德雷克方程一直是科學中最難以解決和不確定的問題之一。其中，有三個參數具有非常大的不確定性。第一，雖然可以大致算出恆星的數量，但仍然搞不清有多少恆星存在可供生命演化發展的行星。第二，生命在宜居行星上進化並最終產生智慧文明的概率也是一個未知數。第三，人們並不清楚擁有智慧文明的生命一旦出現，將能夠持續存在多久。

但是，這些問題並未阻擋人們繼續思索，聰明的科學家繞過了其中最難以確定的參數，轉而換了一種提問方式——與其問現在到底存在著多少外星文明，不如搞清楚人類是否是宇宙有史以來唯一的智能技術物種。

今年5月的《天體生物學（Astrobiology）》上，發表了一篇新的重要的論文，題為《關於宇宙中技術物種盛行率的新的實證約束（A New Empirical Constraint on the Prevalence of Technological Species in the Universe）》，作者是Adam Frank，美國羅徹斯特大學物理學和天文學教授，以及Woodruff Sullivan，華盛頓大學天文學系教授。該論文的鏈接如下，有興趣的讀者可以一睹原貌：

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1510/1510.08837.pdf

　　Frank認為，根據美國國家航空航天局（NASA）的開普勒衛星和其他的相關搜尋，目前可以粗略地知道，大概有五分之一的恆星擁有位於宜居地帶的行星。這基本回答了上文所述的第一個不確定參數。但是，擁有智慧文明的生命一旦出現，能夠持續存在多久，這個問題的答案依然是完全未知的——以人類目前的經驗是根本無法猜想的。於是，Frank 和Sullivan轉移了問題的焦點，他們提出了一個新的「宇宙考古學問題（cosmic archaeological question）」——在宇宙的歷史上，生命進化到先進狀態的幾率有多大？

　　但是，計算宜居行星上高級生命進化的概率依然具有巨大的不確定性。因此，Frank 和Sullivan對問題進行了翻轉，他們並沒有猜測高級生命進化的概率，而是轉而估算阻礙高級生命進化的概率，以推算人類成為宇宙整個歷史的唯一先進文明的概率。為此，他們提出了一個分界線——「人類是宇宙中唯一的文明物種」和「在人類之前，宇宙中有其他文明出現」之間的分界線。

他們將這條分界線稱為「悲觀主義線（pessimism line）」。Frank認為，雖然無法弄清在一個給定的宜居行星上智能的技術物種進化的可能性有多大，但是，通過使用他們的方法，可以準確地知道這個概率是多麼低，人類才能成為宇宙所產生的唯一文明。如果實際概率大於悲觀主義線，那麼技術物種和文明就有可能發生在人類之前。

通過應用目前最新的系外行星數據計算，Frank和Sullivan發現，只有當在宜居行星上發展技術文明的可能性低於100萬億億分之一（one in 10 billion trillion）時，人類文明才會成為宇宙中的唯一文明。

　　Frank認為，100萬億億分之一是一個非常非常小的概率（我也同樣這麼認為），這意味著，其他的智能技術物種非常有可能已經在人類之前進化。他說，我們展示的，是在任何隨機選擇的行星上，形成文明物種的概率的底線。如果人類是宇宙歷史中唯一的技術文明物種，那麼我們計算的是自然所設定的實際概率——大約是100萬億億分之一。但是，如果實際概率高於這個底線，宇宙的歷史上，在人類之前，就會有文明已經產生過。

不過，是否有外星文明與人類同時存在則是另外一個問題，因為這不僅取決於文明在任何隨機選擇的行星上發生的概率，也取決於它誕生的時間，以及該文明持續的時間。

隨著科技的不斷進步和發展，有各種各樣的組織和項目對外星智慧生命進行搜尋。在國外，這種搜尋被稱為the Search for Extraterrestrial Life（尋找外星生命），簡稱SETI。在這些組織和項目中，有一個非常著名的機構，叫做The SETI Institute（搜尋地外文明學會），它或許是目前為止尋找太陽系外先進文明的最大玩家。

圖片：搜尋地外文明學會

　　該機構成立於1984年11月，1985年2月1日開始運作。目前，該機構僱傭了130多名科學家、教育工作者和其他支持人員，它由三個中心組成：卡爾薩根宇宙生命研究中心，教育中心和公眾宣傳中心。

　　1988年，美國宇航局（NASA）開始資助一項戰略，掃描天空中的所有方向，尋找外星生命。觀察工作開始於1992年——哥倫布抵達新世界後的500年。然而，在一年時間內，美國國會就終止了資金資助。於是，搜尋地外文明學會開始尋求私人資助以繼續尋找宇宙中的先進文明。根據它的官方網站顯示，該機構目前有100多個活躍的項目，涵蓋天文學、行星科學、化學進化、生命起源和氣候變化等方面。

　　菲尼克斯項目（Project Phoenix）繼續進行由NASA最初設立的外星生命的搜索。截至目前，該項目仔細檢查了地球附近的約1000個類日恆星的區域。

　　在與加州大學伯克利分校的合作項目中，該機構建造了42個獨立的望遠鏡，作為一個單一的大規模觀測儀器，以資助者Paul Allen的名字命名為「艾倫望遠鏡陣列」，於2007年開始投入觀測。根據該機構提供的信息，艾倫望遠鏡陣列將使科學家們在未來的20年中檢查多達100萬個周邊的恆星。

　　外星生命大致可分為兩類。第一類是生命本身的廣泛分類，包括微生物和其他簡單形式的生命——沒有文明和技術，不能產生穿越星際的先進信號。很多科學家通過調查太陽系內外行星的大氣和其他特性，作為尋找地外生命研究的一部分。

尋找外星智能生命超越了這一廣泛的範疇，大多數SETI搜索專註於尋找可以表明外星生命處於發達狀態的無線電或光信號。

搜尋地外文明學會的天文學家Seth Shostak說，目前有三種方法用來搜尋外星生命。第一個方法是過去看看——目前只有在太陽系內可行。第二個方法是通過研究行星的光線來調查它的大氣層，目前通過NASA的哈勃太空望遠鏡等儀器進行。第三個是搜索可以顯示智能存在的太空信號。「這就是SETI所做的事情，」Shostak在一個廣播節目中介紹。

　　大多數SETI搜索集中於無線電信號，並且大多數屬於窄帶信號。科學家們也專註於對先進文明進行光學搜索。這些搜尋包括尋找非常短暫的、只持續納秒的閃光。

　　當檢測到有趣的信號時，科學家必須首先驗證它的確來自地球之外。通過使用另一台射電望遠鏡確認觀察，他們可以確保沒有拾取人造信號。即使原始探測器確定信號源不是來自地球，由其他儀器提供「重複」是科學研究的重要組成部分。

　　一旦信號被確認來自地球外的智能源，該發現將儘快和儘可能廣泛地宣布。

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