茍利軍

中國科學院國家天文臺研究員

“有兩種東西，我對它們的思考越是深沉和持久，它們在我心靈中喚起的驚奇和敬畏就會日新月異，不斷增長，這就是我頭上的星空和心中的道德定律。”

——康德

今天，人類對星空的了解已經(jīng)非常多了。但在600萬年前，人類出現(xiàn)在這個星球，我們僅擁有一雙裸眼，利用有限的視力范圍尋究宇宙的奧秘。

我們能看到太陽從東邊升起、西邊落下，月球等星球圍繞著地球繞轉(zhuǎn)，所以兩千多年前，希臘的哲學家提出“地心說”。

不僅如此，他們試圖撥開宇宙的最外層，一探宇宙真正的運行奧秘。但當時人類接觸的范圍非常有限，水是當時主要的運行動力，所以當時認為水是驅(qū)動整個宇宙運行的最主要的能源之一。

1609年，意大利科學家伽利略發(fā)明了一個望遠鏡，一個偶然的機會，他在夜晚將這個非常簡陋的望遠鏡指向天空，看到了原以為非常完美的月球表面原來是坑坑洼洼的，而且在木星的周圍發(fā)現(xiàn)了很多衛(wèi)星。

這些衛(wèi)星并不圍繞地球繞轉(zhuǎn)，這些發(fā)現(xiàn)打破了原來的“地心說”，支持了太陽是宇宙中心的學說——“日心說”。

自此之后，在伽利略望遠鏡的基礎上不斷改進，望遠鏡越造越大，人類看到的距離也越來越遠。除了最早知道的金星、木星、水星、火星、土星，還發(fā)現(xiàn)了海王星、冥王星等其他天體，太陽系邊緣也存在著非常多的小行星。

更進一步，我們知道太陽系圍繞著銀河系中心繞轉(zhuǎn)，在銀河系中發(fā)現(xiàn)了越來越多非常美麗的天體、各種各樣的星云。因為我們不知道它們的距離，所以不能區(qū)分這些天體是位于銀河系之內(nèi)還是銀河系之外。

相當長的一段時間，大家都在爭論，銀河系反映了整個宇宙，還是銀河系也只是整個宇宙中一個小小的天體。這個爭論從伽利略發(fā)明望遠鏡開始，一直持續(xù)了幾百年。

直到上世紀20年代，美國天文學家愛德文·哈勃利用2.5米的望遠鏡觀測到距離地球最近的星云——仙女座星云。

測量后發(fā)現(xiàn)，它的距離遠比當時所知道的銀河系的尺度大很多，從而確認了仙女座星云是銀河系之外的另外一個星系，銀河系只是整個宇宙中的一個小天體。

到目前為止，通過各種手段，在望遠鏡、探測器的幫助下，人類知道宇宙誕生于138億年之前，宇宙的尺度大約是1000億光年，非常浩瀚和廣大。但整個宇宙包含多少個星系？在哈勃之后，非常長的一段時間內(nèi)沒有人能夠解答這個問題。

直到1990年，美國的哈勃望遠鏡發(fā)射升空才得到答案。1995年12月，哈勃望遠鏡連續(xù)對天空中的一個看似沒有任何天體的區(qū)域進行了長達10天的連續(xù)觀測，得到了下圖。

圖中的斑點不是恒星，每一個或小或大的斑點都反映了一個或近或遠的星系，類似于銀河系。通過計算，天文學家知道宇宙當中包含著千億個星系，每個星系中又包含著千億顆恒星。最終，整個宇宙大約有10²² 個恒星。

這個數(shù)字非常龐大，難以想象。做一個簡單的比較，去海邊會看到沙灘、沙粒，地球上有多少沙粒呢？整個地球只有10¹⁸ 粒沙子。宇宙中恒星的數(shù)目要比地球上的沙粒大得多，可見宇宙是多么浩瀚。

1977年，旅行者1號探測器在美國佛羅里達州發(fā)射升空，歷經(jīng)13年的飛行，于1990年到達距離地球大約60億公里的位置。60億公里是什么概念？大約飛行到了太陽系邊界的一半距離處。

下圖是旅行者1號拍攝的照片，有一個小小的、白色的圓點，這就是地球。后來被美國天文學家卡爾薩根稱為“暗淡藍點”的星球。

所有人類、所有生物都寄居于地球，但對于整個宇宙而言，我們的星球非常渺小，如同宇宙當中懸浮的一顆塵埃，隨時都有可能被一股風整個摧毀掉。

宇宙中有非常多的恒星，每個恒星周圍有可能存在著類似于太陽系的系統(tǒng)，那么，宇宙中的其他星球會不會也存在著類似人類的智能生命？我們在宇宙中是不是孤單的？

關于外星人的流言

這個問題自上個世紀初已經(jīng)被不斷的追問，關于外星人的流言也非常多。比如上個世紀，美國綠岸望遠鏡的基座突然有一天倒塌了，當時新聞記者非常興奮，可能是外星人做的，不想讓地球人發(fā)現(xiàn)它們。

還有一些其他的傳說，地球人被外星人劫持用做研究，最后又被放回地球；美國的科技為什么這么發(fā)達，因為有外星人的幫助，外星人被劫持到美國的51區(qū)用作研究……

這些說法都是杜撰的。地球上是不是真的有外星人？馬云在短短幾年時間之內(nèi)打造了世界上最強的商業(yè)帝國之一，我們通常把他稱為“外星人”。

所以，我們給一個人“外星人”的稱號，主要說明他的能力在某個方面要遠遠超過大眾。真正的外星人其實并不存在。

對地外生命的科學思考

對于外星人真正的科學思考源于上世紀50年代，美國科學家費米有一天和同事吃午飯時，大家都在談論外星人的事件，作為知名物理學家的費米認為，如果真正存在外星人，我們可以簡單的估算外星人被看到的概率有多大。

結(jié)果他發(fā)現(xiàn)，如果真的有外星人存在，我們看到它們的概率是非常高的。但實際上，除了這些杜撰的傳說，并沒有非?？煽康年P于外星人的說法。

費米這一發(fā)現(xiàn)被稱為“費米悖論”。對于費米悖論也有非常多的說法。有人說外星人如果能夠造訪地球，說明它的科技非常發(fā)達，那它有可能把自己隱藏起來，不被地球人看到。

費米的思考也激勵了非常多的天文學家，康奈爾大學的教授Frank Drake經(jīng)過對費米悖論認真且嚴肅的思索后，寫下了德雷克方程。

這個公式包含了非常多的因素，簡單而言分為兩大類：什么樣的地方可以尋找到智能生命；什么樣的因素會影響智能生命的產(chǎn)生。

德雷克也做了一些非常實際的行動，創(chuàng)立了“搜尋地外文明計劃”（SETI），總部位于加利福尼亞大學伯克利分校。自60年代起，他一直利用各種射電望遠鏡對太空中的生命進行搜尋。

此外，他也提出應主動發(fā)射一些信號，主動聯(lián)系外星人。于是，1974年，他向一個球狀星團發(fā)射了一束信號，這個球狀星團距離地球大約25000光年。

70年代到現(xiàn)在也僅僅40多年，這個信號還在傳輸?shù)倪^程中，大約還需要2萬多年才能達到那個星球。如果那個星球之上真的有生命，還需要非常長時間的等待。

哪些地方可能成為人類的歸屬

地外生命肯定是存在于行星之上的。經(jīng)過幾十年的努力，天文學家在90年代初終于尋找到了第一批地外行星，到目前為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3758顆系外行星，其中2335顆由美國的開普勒探測器發(fā)現(xiàn)，它也因此被譽為“行星獵手”。

這么多行星，是不是所有行星都能支撐生命的存在？當然不是。目前為止，太陽系中只有地球是有生命的。那么，什么樣的星球能夠具有生命？根據(jù)目前對地球生命的了解，只有存在液態(tài)水的星球上才可能有生命。

由此推斷，這個星球肯定不能距離中間的恒星太近，太熱導致所有的液態(tài)水都變成了氣態(tài)。太遠的話這個星球肯定又非常寒冷，也不能支撐生命。所以，這個星球必須處于合適的位置，下圖綠色的區(qū)域是非常有可能誕生生命的區(qū)域，叫做“星球的生命區(qū)”。

 目前為止，科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一系列位于這個區(qū)域中的的行星。2016年，在比鄰星的周圍發(fā)現(xiàn)了一顆類似的行星，其位置剛好位于恒星的生命區(qū)中，有可能支持生命的存在。比鄰星是距離地球或者是太陽最近的一顆恒星，只有4.2光年，因此稱之為“比鄰星”。

2017年，科學家發(fā)現(xiàn)了另一個這樣的系統(tǒng)，距離地球大約40光年。這次不僅發(fā)現(xiàn)一顆行星，而是7顆類似地球的行星，而且大小相近，將其命名為“葫蘆娃系統(tǒng)”。這個系統(tǒng)中有3顆行星位于生命區(qū)系統(tǒng)當中。

到目前為止，在3000多顆系外行星中，共發(fā)現(xiàn)12顆行星有可能支持生命的存在。這些行星將是接下來科學家的重點考察對象。

追尋地外生命的進展

對于生命的尋找，最簡單的方式是直接過去這個星球上到底有沒有生命，但對于太陽系，目前除了月球，人類無法到達其他星球。所以可以通過發(fā)射探測器探究到底有沒有生命。

下圖中圓圈的個數(shù)反映了人類對于某個星球的探索次數(shù)。圓圈的多少與距離成正比，越近的探索次數(shù)越多，越遠的探索次數(shù)越少。越遠的地方需要的能量、花費的經(jīng)費越多，這也限制了人類對遙遠星球的探索。

所有星球中，我們最感興趣的星球是火星。根據(jù)天文學家及其他科學家的研究發(fā)現(xiàn)，火星在幾十億年之前非常類似于地球，它的自轉(zhuǎn)軸跟地球完全一樣，也傾斜23.4度。這意味著火星應該存在著明顯的四季變化。

隨著航天技術的發(fā)展，人類對火星的探測已多達40、50次。但遺憾的是，盡管我們發(fā)射了非常多火星探測器，到目前為止，并沒有在太陽系當中探測到任何生命的跡象。

多數(shù)探測活動由政府支持，歐美國家也有一些商人支持對于生命的探測活動。俄羅斯的富商尤里·米爾納，聯(lián)合Facebook創(chuàng)始人扎克伯格成立了突破基金委員會，資助了好幾項生命探測計劃。

其中一項叫“攝星計劃”（ Starshot），利用非常微小的、納米級的探測器，以1/5光速的速度呢發(fā)射到距離地球最近的比鄰星，利用大約20多年的時間到達比鄰星，探測這個星球上有沒有外星生命的存在。

但這項計劃最大的難點在于，其速度要加速到1/5光速，也即每秒鐘達到6萬公里?，F(xiàn)在的航天技術是遠遠不可能達到的，目前最快的航天器的速度也只有70km/s左右。所以，這項計劃還至少需要20、30年發(fā)展。

這個基金委員會還支持了“突破傾聽”計劃，于2016年正式啟動。有了基金委員會的支持，SETI引進了一些最先進望遠鏡，比如澳大利亞口徑64米的Parkes望遠鏡，美國口徑100米的綠岸望遠鏡，中國口徑500米、世界上最大的單口徑射電望遠鏡FAST。

到目前為止，遺憾的是并沒有搜尋到任何外星生命的跡象。但我們相信外星生命應該存在于宇宙當中的某個角落。人類誕生于600萬年前，整個地球存在了40多億年，期間90%的生物經(jīng)歷了從誕生到消亡的過程。

人類也面臨著類似的命運，根據(jù)科學家的估計，大約再過200萬年，地球的溫度以及環(huán)境不再適合人類的居住。所以，我們的未來肯定在宇宙的星辰大海中，我們目前所做的就是為人類的未來做準備。

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