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从“奥兹玛”到“多萝西”

2011-01-10 13:50 作者:曹玲 2011年第1期
SETI是寻找地外文明(Search For ExtraTerrestrial Intelligence)计划的简写,这样一个听起来类似科幻小说的名字已经成为一门正儿八经的科学研究,虽然在主流科学界一直没少引发各种争议,但已不再单纯地被诟病,这群科学家也不再单纯地被讥讽为一群浪费纳税人钱的疯子。

阿雷西博天文台是SETI观测的“重型武器”

SETI是寻找地外文明(Search For ExtraTerrestrial Intelligence)计划的简写,这样一个听起来类似科幻小说的名字已经成为一门正儿八经的科学研究,虽然在主流科学界一直没少引发各种争议,但已不再单纯地被诟病,这群科学家也不再单纯地被讥讽为一群浪费纳税人钱的疯子。

新计划的诞生

1960年,当美国西弗吉尼亚州绿岸(Green Bank)国家射电天文台年轻工作人员弗兰克·德雷克(Frank Drake)发起“奥兹玛计划”的时候,很多人对他的评价就是“神经病”。“奥兹玛”是童话《绿野仙踪》里的一个公主,生活在奇异、遥远、难以到达的奥兹国,德雷克在人类历史上第一次用望远镜寻找奇异、遥远、难以到达的星球上传来的宇宙信号,同时使用阿雷西博(Arecibo)望远镜向武仙座“广播”介绍地球文明。

50年过去了,尽管在寻找地外文明传来的讯号这一点上一无所获,但是SETI已经成为一门科学,各国都有一些对此兴致盎然的研究者。2010年11月,SETI科学家制定了被命名为“多萝西”的新计划。熟悉《绿野仙踪》的人都知道,多萝西是一个勇敢的小姑娘,带领没有脑子的稻草人、没有心脏的铁皮人和十分胆小的狮子实现了各自的愿望。

主导“多萝西计划”的是日本天文学家鸣泽新,他来自兵库县西播磨天文台,那里有日本最大口径的反射天文望远镜。他从小就是美国著名天文学家兼科普作家卡尔·萨根的“粉丝”,对宇宙很感兴趣,初入西播磨天文台时研究天体物理,后来得知哈佛大学的SETI研究之后甚是激动,于2005年转入SETI领域。“日本不像欧美的SETI研究那样发达,现在只有三个SETI研究小组。或许和中国一样,很多日本天文学家都在从事很快能出结果的工作。我理解他们,他们做的事情非常重要,但SETI也很重要,令人欣慰的是日本的SETI研究团队正在增长。”鸣泽新说。
2009年他领导了一个叫做Sazanka的项目,Sazanka日语中是山茶花的意思,观测时刚好山茶花盛开。2009年11月和12月,日本境内14个射电望远镜和27个光学望远镜开展了世界上第一个多点、多频率同步SETI观测。“这是一个很大规模的观测活动,取得了很大成功。”他说。

美国加州SETI研究所的研究人员道格拉斯·瓦科茨(Doug Vakoch)对鸣泽新的研究很感兴趣,邀请他参加了在美国得克萨斯州召开的太空生物学大会。2010年正值“奥兹玛计划”50周年,为了纪念这个计划,鸣泽新提出一个设想——实施一个新的“多萝西计划”。他的这个想法受到了大家的欢迎,SETI研究所邀请他领导新计划。除了美国和日本之外,来自澳大利亚、韩国、意大利、荷兰、法国、阿根廷等15个国家的天文学家也参与其中,在接下来的几个月内他们将把大大小小的望远镜指向地球周围的星球,以期收听“天外来音”。

仅仅是找外星人?

“你知道每个观测点都有各自的观测主题,多个观测点很难同时对相同的目标样本进行观测,观测数据也很难匹配上,所以我认为多国参加的‘多萝西计划’能够成功真是一个奇迹。”鸣泽新说,“新的计划将从2011年1月15日开始,具体时间取决于阿雷西博天文台的观测安排。”

阿雷西博天文台是SETI观测的“重型武器”,SETI研究所进行了很多年的“凤凰计划”就是在这里实施的。阿雷西博天文台坐落在加勒比海波多黎各岛的碗形山谷中,巨大的反射面直径有305米,是当前世界上最大单孔径射电望远镜。如果用它把全套《大英百科全书》的内容发射到邻近恒星的一颗行星的天文台上,只需几个星期的时间。“从聚光能力讲,阿雷西博天文台把人类的瞳孔扩大了1000亿倍,很多综合因素都使得射电天文在众多SETI计划中处于非此莫属的地位。”中科院国家天文台南仁东说,他是国际在建的最大单口径500米口径球面射电望远镜FAST项目的总工程师兼首席科学家,一直从事射电天文学研究,业余搞搞SETI研究,曾经担任过国际宇航科学院SETI委员会委员和国际射电天文协会主席。

“SETI科学家基本都是搞射电天文学研究的。宇宙到达地球的信息只有两类,电磁波和极少量的天体碎片与尘粒。其中电磁波居于主导地位,可见光像微波一样都是电磁波,区别只在波长。我们来想想外星人会通过什么方式和我们联系,这就要考虑到什么是宇宙普适的法则,也就是说智慧生命发展到一定阶段就肯定会发现的宇宙中的规律。”谈起SETI,南仁东总是很激动,“‘发现’是人类通过理性认识到的自然界普遍存在的规律,麦克斯韦电磁方程甚至马可尼的无线电技术都可以被称为‘发现’,但是‘发明’则不同,你不能指望外星人和我们玩同一种高尔夫球,你也不能指望他们的计数系统就是十进制,更不能指望他们能听懂人类的语言和音乐。但是,高度发展的地外理性社会很有可能和我们一样发现并使用无线电通讯技术。”

1933年贝尔实验室的卡尔·詹斯基(Karl Jansky)首次发现并证实了银河系中心的电磁辐射,从此一个具有强大生命力的新的天文分支学科——射电天文学诞生了,以光学为传统的天文学翻开了新的一页。“现代天文学有关宇宙的知识几乎都是分析天体电磁波辐射得到的,天文学家从一片微弱的星光或一段无线电波记录中查找天体的位置、距离、尺度、形态、物理和化学构成。如果遥远恒星周围有理性社会存在,不管它们知道不知道我们,也不管它们想不想和我们交流,它们技术活动所产生的电磁波可能已经混杂在恒星辐射中一起到达地球。”南仁东说。

多萝西计划”观测的主要目标是波江座的天苑四和鲸鱼座的天仑五,这是北半球距离地球最近的两颗类似太阳的恒星。最早的“奥兹玛计划”中,它们就是绝佳的观测对象,半个世纪以来一直如此,但是科学家们并没有找到什么。鸣泽新说:“虽然50年来我们并没有从那里收获什么,但是也没有人能肯定那里没有生命,也可能他们现在才开始发播信号。”而瓦科茨给本刊记者的解释则是:“我们的技术水平提高了,将使用很多以往没有用过的仪器,以更高的灵敏度,通过更宽的频谱进行观测。”

事实上,参加SETI计划的科学家并非像人们想象的那样找外星人去了,他们做的很多都是非常基础的工作,比如瓦科茨所说的“提高技术水平”。“SETI追求高灵敏度,需要低噪声接收机,接受微弱电磁信号需要把天线做大,机械、电子、测控和数字技术工程师都要研究这些。研究宇宙中来的电磁波至少要知道地球上的电磁环境,现在到处都有手机基站和电台、电视台,就需要研究噪声技术,从另一个角度来看就是保护电波环境。接收到的信号中哪些是噪声,哪些是有用信号?这需要研究软件技术,研究数学和算法。此外,还有SETI研究辐射出的社会学和哲学,能够促进人类思索环境问题、文明的本质,以及人类的未来。”南仁东说,“不要只看SETI寻找外星人,还要看它对科学技术和社会学的辐射。”

“所以即便地外文明并不存在,我们也必须建立人类的观测实验。”在这一点上,鸣泽新非常坚定。他的偶像卡尔·萨根曾说过:“寻找地外文明是人类少数几个即使失败了也是成功的努力之一。”“失败了也是一个结果,是一个发现,是一种文化。”鸣泽新说。

鸣泽新是一个无神论者,很不喜欢“外星人”这个词,因为“这个词暗示了某些超自然的东西在里头”。对于有没有地外文明这个问题,他说:“我不知道,所以我观测。”在他眼里,SETI某种程度上来说有点像“和平运动”和哲学。“我们知道宇宙很大,我们生活在一个很小的行星上,人类都是‘线粒体夏娃’的子孙。我们并不是美国人、中国人、日本人,我们都是地球人,我希望每个人都清楚这一点。”

“什么都没有发现也是一种发现”

道格拉斯·瓦科茨是SETI研究所任职的唯一一位社会学家,他说:“通过思考地外文明,我们能更清楚地了解什么是人。”本刊记者就一些问题对他进行了专访。

三联生活周刊:从德雷克第一次开始实施“奥兹玛计划”到现在,50年过去了,SETI的情况如何?

瓦科茨:当SETI最初开始发展时,每一个人都相信它将成为一个代代相传的研究项目。但是最早的研究局限于我们对宇宙和生命的理解,也局限于我们的观测内容。SETI是太空生物学的一部分,太空生物学是一门理解宇宙中生命起源、进化、分布和未来的科学,半个世纪过去了,这个学科本身取得了不同寻常的进展。举例来说,15年前我们还不确定太阳系外其他恒星周围也有行星,而如今这样的行星已经发现了500多颗,其中那些和地球类似的行星上会不会有生命?

现在我们知道生命可以在很多人类无法生存的地方存在,比如日本的酸性热泉中,南极洲的冻土中,充满放射性的核反应堆中,大洋底的无光高压高热“烟囱”附近,大气外层准真空环境中等等。这些研究揭示了一点:地外生命可能存在于我们地球人难以想象的极限生命环境中。这些不是凭空猜想,是有科学依据的。

现在SETI的发展比以往更有力。这要感谢计算机技术的发展,现在研究人员比50年前的研究速度要快上数万亿倍,比如我们对太空进行一次扫描就可以使用上亿不同的频点,这在以往是不可想象的。

三联生活周刊:你是什么时候开始对SETI感兴趣的?是否所有的SETI科学家都相信存在地外文明并且终有一天能发现他们?

瓦科茨:我很小就对SETI感兴趣了,那时候抬头看看太空,畅想宇宙中是否有其他生命存在是件令人心旷神怡的事情。现在我对宇宙的广袤性有了更好的理解,也知道地球上生命的形成需要很多条件,从生命演化成智能生命,最后发展出建立连接星际桥梁的技术非常不容易。对宇宙了解更多,不了解的也就更多。我认为很可能存在地外文明,但是我也认为很可能我们在宇宙中是孤独的。我的想法和很多SETI科学家的一样,唯一有希望确定地外文明是否存在的途径就是我们的探索。

三联生活周刊:你经历过原以为找到了需要的信号非常激动,之后又很失落的时刻吗?你是不是已经对失落感到麻木?

瓦科茨:有很多次我们都发现收到的信号非常像我们希望找到的,但是到目前为止我们都已经解释了它们的来源——全部来自地球或者地外人类自己的航天器,我们不会在没有确凿证据的情况下就宣布发现了地外文明。

所有的SETI研究者当然希望明天就能发现地外文明,但是我们也认识到我们的研究很可能在接下来的数个世纪都没有结果。SETI并不需要研究人员保证有生之年就能发现地外文明,如果持有这一期望,你将会陷入深深的失望。如果你把SETI看做一个持续很多代的研究,就会更好地理解“什么都没有发现也是一种发现”。这会给我们提供审视自己在宇宙中位置的新视角:从银河系尺度来说,文明真的非常罕见。

三联生活周刊:有些人认为SETI与其说是纯粹的科学研究,不如说是基于信仰的事业,你怎么认为?

瓦科茨:人们对SETI有一个很大的误解:你如何能在没有任何直接证据的情况下,知道其他地方有生命?地外一定有文明存在,听起来很像一种信仰而不像科学。但实际上,SETI科学家并不知道一定就有地外文明。我们相信宇宙中的生命可能会很丰富,但我们希望在确定之前找到证据。

可能理解SETI最困难之处在于,为什么人们愿意致力于寻找并不存在的东西?要想成为一个享受自己工作的SETI科学家,你不能对不确定和模棱两可感到不安。如果你非要知道到底有没有地外生命,那你可能就不适合这个工作。

三联生活周刊:半个世纪过去了,即便没有发现地外文明,你们有没有从中收获到什么?

瓦科茨:从某些角度说,我们还没有发现地外文明本身就是一种成功的标志。50年前德雷克只倾听了波江座的天苑四和鲸鱼座的天仑五这两颗最近的恒星的信号。至于1960年,有人认为很可能每一个有文明存在的星球,都会使用地球上同样的技术向宇宙中发送广播。现在我们知道这并非事实,但是如果没有“奥兹玛计划”和其他随之而来的计划,我们也无法确定这一点。所以现实是,迄今为止没有发现地外文明告诉我们,至少地外文明并没有到处释放我们寻找的那种信号。

三联生活周刊:什么时候我们才能发现有用信息?什么是关键因素,比如技术进步,对宇宙和生命的进一步理解,坚持不懈,运气或者其他?

瓦科茨:如果真有地外文明存在,发现他们的重点就是每一代人使用最好的仪器进行持续探索。我们现在很幸运,电脑技术的进步使我们的搜寻能力大大增强。几十年内我们已经看到一个趋势,大概每18个月,1000美元价格的电脑能力就会翻倍。在足够长的时间内,这种不断翻倍的能力终将会变得无比强大。我们目前的研究能力已经比50年前强大1万亿倍,这是一个很大的进步。

通过几十年、几百年甚至上千年的持续研究,我们也能发展出新的搜索技术,这可能是和地外文明建立联系的关键。比如,最初的40年SETI研究人员被限制在无线电波段搜寻。但当我们开始了解到,其他文明可能会通过不同的手段传递自己存在的信号,比如星际间使用十亿分之一秒的短脉冲,于是一个新的SETI研究分支出现了:光学SETI。

三联生活周刊:你们今后10~20年或者更长时间的主要计划是什么?

瓦科茨:在SETI研究所,最重要的是建成我们自己的射电望远镜——艾伦望远镜阵列。艾伦望远镜阵列位于加州北部,由微软公司创始人之一保罗·艾伦(Paul Allen)出资2600万美元,目前正在建造中。最新的技术使艾伦望远镜阵列拥有强大的搜索频宽,探测到“真正的”外星信号的可能性增加了7倍。

之前SETI科学家面临一个巨大的挑战,就是使用射电望远镜进行研究的时间有限。其他天文学家也希望用世界上最好的射电望远镜来做自己领域的工作,所以用来进行SETI研究的时间是受限的,之前进行的“凤凰计划”中安放在阿雷西博天文台的接收器每年只能工作几个星期。而艾伦望远镜阵列是特别为SETI设计的,专门用来寻找地外的人工信号,同时也做一些传统天文学研究。射电望远镜白天黑夜都可以工作,所以我们可以一天24小时一周7天不间断地聆听地外人工信号,不用和其他天文学研究抢时间。

我们还有一个计划叫做“Earth Speaks”,问问人们想对地外文明说些什么。我们收到了包括中国在内70多个国家的人的回复,接下来的几个月里我们将把它扩大到更多语言的人群中,更好地理解全世界的人希望和地外文明说些什么。

我个人认为人类应该积极地向地球外的世界传播信号。到目前为止,SETI只专注于聆听,但是如果有其他文明也在聆听呢?或许将有那么一个像人类一样具有冒险精神的年轻文明,走出宇宙通联的第一步。

三联生活周刊:但是一些人说“当我们一点都不知道谁或者什么东西在外太空,就对着黑暗的宇宙大喊大叫”是很愚蠢的,可能会暴露自己,引来贪婪的外星人,比如斯蒂芬·霍金就这样认为。

瓦科茨:霍金主张我们应当提防向地外高级文明传递信号,因为他们可能会用尽自己的资源,然后来地球掠夺我们的。一方面来说,这种想法没有意义。星际旅行需要巨大的能量,很难看出这有什么利益可图。这就像在线买一本平装书,却花了100万元运费一样。你肯定不会干这种事情。另一方面,即使这种理论有意义,能够进行星际旅行的先进文明根本不需要通过聆听我们的无线电信号就能知道我们在哪里。所以,“大喊大叫”又怕什么呢?

三联生活周刊:那你相信外星人曾经造访过地球吗?你相信他们能通过虫洞时空穿梭到来吗?

瓦科茨:星际旅行所需要的能量非常非常大,就人类目前的文明水平而言,如果让别人知道我们的存在也只能通过发送电波穿过银河系。虽然很多人声称外星人造访过地球,但是目前没有人能提供经过科学审视的确凿证据。你可以认为虫洞是一个时空穿梭的捷径。广义相对论解释了为什么虫洞会存在,但是到目前为止,也没有任何观测证据表明它真的存在。

三联生活周刊:如果你参加“Earth Speaks”计划,和地外生命说点什么或者问一个问题,你会说什么?

瓦科茨:我想知道的太多了,我想知道他们长什么样,心里怎么想,社会如何组织等等。还有他们是怎样看待美的,他们怎么判断价值?不过我可能会向他们要一本宇宙文明手册,上面记载了那些他们已经接上头的文明,这样我们就可以直接和那些文明联系了!

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