寫下科學(xué)中第二著名公式的人走了，他為我們開啟了探索地外文明的時代

返樸 2022-10-08 發(fā)布于北京

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2022年9月2日，美國天文學(xué)家弗蘭克·德雷克逝世，他為人類開啟了地外文明探索之路，將被永遠銘記。

撰文 | 瞿立建

弗蘭克·唐納德·德雷克（Frank Donald Drake，1930.5.28－2022.9.2）

德雷克相信宇宙里有外星人，并且相信人類最終會與外星人建立聯(lián)系，更重要的是，他把理念轉(zhuǎn)換為行動，轉(zhuǎn)化為一個可以一步步解決的科學(xué)問題。他沒有看到問題的解決，于2022年9月2日，在自己家里去世了。

德雷克曾斷言，在他有生之年，地球人會與外星人建立聯(lián)系。在晚年，他承認自己等不到這一天了。他確實沒等到這一歷史性時刻，但他種下了尋找地外生命這個科學(xué)領(lǐng)域的種子，如今已開滿山崖，他應(yīng)該是帶著欣慰而非遺憾離開這個世界。

童年夢想

德雷克1930年生于芝加哥，父親是化學(xué)工程師，母親是家庭主婦。德雷克自小對化學(xué)、電子學(xué)感興趣。德雷克對天文學(xué)和地外文明的興趣始于8歲時，他的父親給他講天上還有別的世界，意思是還有其他行星，但德雷克的思維走得更遠，他暢想有智慧文明的類地行星分布在宇宙很多角落，那里各自有自己版本的汽車、街道、鄰里。

德雷克父母是浸會教徒，對子女的管教較為嚴格，家庭生活顯得苦悶。德雷克自小厭惡宗教，并對宗教有著與其年齡不符的深刻觀點，認為宗教的世界觀是狹隘的，是起源地具體環(huán)境塑造出來的。

德雷克小的時候經(jīng)常騎自行車去芝加哥科學(xué)與工業(yè)博物館，流連于各種展品，他在那里了解到太陽只不過是銀河系無數(shù)恒星中不起眼的一個，更覺得外星生命存在于銀河系。

德雷克童年時經(jīng)常造訪的科學(xué)與工業(yè)博物館是世界上最大的科學(xué)館之一，是芝加哥最著名的人文景點之一。

17歲時，德雷克獲得了海軍后備軍官訓(xùn)練團的獎學(xué)金（類似我國的國防生），入讀康奈爾大學(xué)，打算畢業(yè)之后做飛機設(shè)計師。德雷克大學(xué)期間選修過一門天文課程。1951年，俄裔美國天文學(xué)家奧托·斯特魯維（Otto Struve，1897 -1963）在康奈爾大學(xué)做學(xué)術(shù)報告，報告中講到，根據(jù)他的觀測結(jié)果，可以推斷銀河系中擁有行星的恒星比比皆是，因此銀河系中應(yīng)該會有外星生命。這給聽報告的德雷克極大沖擊，自己從孩童時期的想法，竟然與天文學(xué)大咖英雄所見略同。自此，他更加嚴肅對待地外生命、地外文明問題。

1951年，德雷克獲得工程物理學(xué)士學(xué)位，之后在美國海軍服役。1955年，德雷克進入哈佛大學(xué)讀研究生，1958年獲得天文學(xué)博士學(xué)位，之后入職美國國家射電天文臺，在從事天文觀測工作的同時，依然念念不忘童年的夢想——尋找外星人。

奧茲瑪計劃

1959年4月，德雷克說服臺長，搞一個“奧茲瑪計劃（Project Ozma）”，利用射電望遠鏡尋找地外無線電信號。奧茲瑪是美國童話故事《綠野仙蹤》中奧茲國的公主。

德雷克和他開展奧茲瑪計劃的望遠鏡——Tatel望遠鏡

奧茲瑪計劃在秘密推進，因為德雷克及其同事?lián)谋怀靶Α?959年9月，意大利粒子物理學(xué)家朱塞佩·科科尼（Giuseppe Cocconi，1914-2008）和美國物理學(xué)家菲利普·莫里森（Philip Morrison）在Nature上發(fā)表文章，闡述他們對于尋找地外文明的想法，所提研究方案類似奧茲瑪計劃。德雷克也就不再保密了，公開了他們正在進行的計劃。

1960年起，德雷克組裝的望遠鏡正式開始進行觀測，奧茲瑪計劃終于落地了。奧茲瑪計劃最終沒有找到外星文明任何蛛絲馬跡，但吸引了公眾注意，其中包括一名年輕的研究生，他叫卡爾·薩根（Carl E. Sagan，1934-1996），自此開始了他們終生的合作。奧茲瑪計劃吸引眾多大咖來到德雷克所工作的天文臺，共商尋找外星生命大計。

1994年，卡爾·薩根（左）與德雷克（右）。卡爾·薩根，著名美國天文學(xué)家、天體物理學(xué)家、宇宙學(xué)家、科幻小說及科普作家，天文生物學(xué)家先驅(qū)。

德雷克方程

1961年夏，德雷克接到一個電話，是美國國家科學(xué)院空間科學(xué)委員會的彼得·皮爾曼（J.P.T. Pearman）打來的。皮爾曼說，他對奧茲瑪計劃特別感興趣，建議德雷克組織一個會議，以推動尋找地外生命的研究。

1961年，搜尋地外文明第一次學(xué)術(shù)研討會議開始，參會者有10人，除了皮爾曼和德雷克外，還有前文提到的卡爾·薩根、科科尼、莫里森，以及德雷克尋找外星文明的學(xué)術(shù)啟蒙人斯特魯維，一位華人天文學(xué)家黃授書（Su-Shu Huang，1915-1977），還有幾個地外文明的“票友”：神經(jīng)學(xué)家、約翰·禮來（John Lilly）、發(fā)明家和惠普電腦創(chuàng)始人之一伯納德·奧利弗（Bernard Oliver）、諾貝爾化學(xué)獎得主梅爾文·卡爾文（Melvin Calvin，1911-1997）、商人和業(yè)余無線電專家德納·阿奇利（Dana Atchley）。他們給自己的小團體起名“海豚社”，因為與會者約翰·禮來是研究海豚如何互相交流的，他認為如果能破解海豚的語言，也會能幫助理解外星人的交流方式。

在這次會議上，德雷克提出了后來以他名字命名的方程——德雷克方程。

1961年，史上第一次搜尋地外文明學(xué)術(shù)研討會會議室墻上的銘牌，用于紀念這次會議。

德雷克方程形式如下：

N=R_*f_pn_ef_lf_if_cL

方程中各符號的含義分別為：

其中

N代表銀河系內(nèi)可能與人類通訊的文明數(shù)量
R_*代表銀河內(nèi)恒星形成的平均速率
f_p代表擁有行星的恒星的比例
n_e代表每個恒星系統(tǒng)中擁有宜居環(huán)境的類地行星數(shù)量
f_l代表有生命存在的類地行星的比例
f_i代表有生命存在的行星中演化出智慧生命的行星的比例
f_c代表智慧生命中能夠發(fā)送可檢測信號的比例
L代表智慧生命能發(fā)出可檢測信號的時長

這個方程可用于估算銀河系中地外文明的數(shù)量，方程中各變量估計值各有不同，不同的估計值可得出不同的來，給出的結(jié)果從幾到幾十億不等。

德雷克方程逐漸成為天文學(xué)，尤其是搜尋地外文明領(lǐng)域的標志性方程，這個方程也像麥克斯韋方程組一樣，在激發(fā)著公眾的想象力。這個方程被譽為 “史上第二著名方程”，僅次于E=mc²。

這個方程至今仍在指導(dǎo)搜尋地外文明研究，搜尋地外文明研究其實就是研究德雷克方程中的某一項或某幾項。

1963年，德雷克加入噴氣推進實驗室（NASA Jet Propulsion Laboratory，JPL），擔(dān)任月球和行星科學(xué)的部門負責(zé)人?？墒堑诙甑吕卓司娃o職了，因為行政事務(wù)太多，沒時間進行自己感興趣的研究。

之后德雷克回到自己的母?？的螤柎髮W(xué)。德雷克在天文學(xué)領(lǐng)域繼續(xù)取得諸多有影響力成果，但一直沒有停下對搜尋外星文明的思索。他有了新主意，要給外星文明發(fā)送信息，告訴他們，茫茫宇宙不孤單，地球人在這里。

與外星人對話

1972年和1973年，美國接連發(fā)射先驅(qū)者10號和11號非載人航天器，它們是史上第一個和第二個離開太陽系的人造物體。

德雷克和卡爾·薩根設(shè)計了一個鍍金鋁板，安裝在先驅(qū)者10號及先驅(qū)者11號上。鍍金鋁板上面刻畫了一些圖案，表明了該航天器是從哪兒出發(fā)的，也畫出了地球上最高等生命的形象：一個男人和一個女人。這兩個人的背景是“先驅(qū)者”飛船本身的外形輪廓，它清楚地表明人的高度大約是飛船寬度的2/3。還畫了氫原子基態(tài)超精細躍遷示意圖。

先驅(qū)者鍍金鋁板上的圖案

這個鍍金鋁板就像漂流瓶一樣在浩瀚宇宙中游蕩，等待著被外星人捕獲，讓外星人知道：宇宙中還有一支文明想與他們建立聯(lián)系。

不過，這種可能性實在太過渺茫，先驅(qū)者10號要在200萬年后才能抵達前方第一顆恒星畢宿五。

最快的通信方式是電磁波。德雷克在卡爾·薩根和其他人的幫助下，設(shè)計出了發(fā)給外星人的電磁波信息，并于1974年11月16日利用阿雷西博望遠鏡的雷達向宇宙發(fā)射。

此后，人類多次向宇宙外星人發(fā)送電磁波信息，內(nèi)容大都是在阿雷西博信息基礎(chǔ)上改進的，包括2022年最新的一次改進。（阿雷西博信息及最新的一次改進的解讀，參閱《為了讓外星人了解地球信息，他們拼命想出了這些“亂碼”》）

阿雷西博信息的圖形示意圖

1977年，德雷克和卡爾·薩根又為旅行者1號和2號航天器設(shè)計了一張金唱片，收錄了用以表述地球上各種文化及生命的聲音及圖像，其中包括中國古琴曲《流水》。

先驅(qū)者10號和11號上的鍍金鋁板以及旅行者1號和2號上的金唱片的最終目的雖然是與外星人溝通，其實對于地球人意義更大，象征了人類與宇宙之間的關(guān)系。

旅行者1號和2號攜帶的金唱片

1984年，德雷克從康奈爾大學(xué)跳槽至加利福尼亞大學(xué)圣克魯茲分校，同時任當(dāng)年成立的民間組織SETI協(xié)會（SETI Institute，SETI即搜尋地外文明的英文search for extraterrestrial intelligence 首字母縮寫）董事會主席，SETI協(xié)會旗下研究機構(gòu)卡爾·薩根中心主任。1996年，德雷克從大學(xué)退休，2010年卸任卡爾·薩根中心主任。

2022年9月2日，德雷克在加州的家中安詳?shù)厝ナ?，享?2歲。

SETI協(xié)會（SETI Institute）的LOGO

遺產(chǎn)

站在星空下思索：有沒有外星人？他們在哪里？

古今中外的人類，每當(dāng)仰望星空，都會情不自禁地問自己，那里有什么？是否還有其他像太陽一樣的恒星，像地球一樣的行星，也有著智慧生命？幾千年來，尤其是近幾百年來，隨著天文學(xué)和天體物理學(xué)的發(fā)展讓我們對宇宙的知識有了極大的增長，甚至可以推斷宇宙最初的起源和最終的命運，但我們對外星生命的好奇從未減弱。

1961年，德雷克寫下他估算外星文明數(shù)量的方程，將外星人是否存在從一個哲學(xué)問題變成一個科學(xué)問題。他還是搜尋外星人信號的第一人，是搜尋地外文明（SETI）領(lǐng)域的先驅(qū)者，參與設(shè)計了人類最終向外星人發(fā)送的圖像和電磁波信息……德雷克革命性地改變了我們思考和搜尋外星生命和外星文明的方式。

德雷克之后，我們對于外星生命和外星文明，不再被動等待，而是主動出擊，但并不魯莽，因為這是探索一個堅實的科學(xué)問題。我們盡管還尚未有成果，也許在未來，我們驀然回首，發(fā)現(xiàn)德雷克其實帶給地球人文明以革命性飛躍。

斯人已去，讓我們向他的遺產(chǎn)致以敬意，以尋找那個大問題的答案的方式：

宇宙里，還有誰？