吳小勇

究竟有沒有外星人?這是一個(gè)人們常問的問題。然而要回答這個(gè)問題，科學(xué)家就需要先回答另一個(gè)問題：究竟有沒有像地球這樣的行星？在太陽系以內(nèi)肯定是沒有的，那么，在太陽系以外呢？一個(gè)多世紀(jì)以來，天文學(xué)家們一直在努力尋找太陽系以外的行星。

地外文明存在的可能性

地外文明存在的可能性有多少呢?1961年11月，設(shè)在美國(guó)西弗吉尼亞州綠岸鎮(zhèn)附近的國(guó)立射電天文臺(tái)舉行了一次探討地外智慧生命的學(xué)術(shù)討論會(huì)。美國(guó)天體物理學(xué)家德雷克提出了一個(gè)著名的方程，后來稱之為“綠岸公式”，這是對(duì)探索地外智慧生命作定量分析的第一次嘗試。德雷克提出的“綠岸公式”是這樣的：

N=R×Ne×fp×fl×fi×fe×L

公式中，N代表銀河系中可檢測(cè)到的技術(shù)文明星球數(shù)，它取決于等式右邊7個(gè)數(shù)R、Ne、fp、fl、fi、fe、L的乘積。其中R是每年在銀河系中誕生的恒星數(shù)，Ne是行星系中“類地”行星的平均數(shù)，fp是擁有行星的恒星比數(shù)，fl是類地行星中具有生命的行星比數(shù)，fe是能夠進(jìn)行星際無線電通信的智能生物比數(shù)，L是通信文明的平均壽命。

公式中各個(gè)因子的重要性相同，用粗略估計(jì)的最低值代入計(jì)算，可得到N＝40；用每一項(xiàng)最大可能值計(jì)算，則得N＝5000萬。這就是說，在銀河系中的高級(jí)技術(shù)文明星球的數(shù)目至少有40個(gè)，最多可達(dá)5000萬個(gè)。

美國(guó)著名科學(xué)作家阿西莫夫根據(jù)自己的見解，曾提出與綠岸公式類似的公式，估計(jì)出銀河系大約存在53萬個(gè)文明星球，即銀河系中每100萬顆恒星中，平均可能有18個(gè)高技術(shù)文明世界。

過去十幾年來，人們差不多研究了100光年以內(nèi)的所有恒星，在1000多顆恒星的周圍發(fā)現(xiàn)了約100多顆行星。如果這個(gè)接近10%的比例具有代表性，那么我們可以大致估算出，銀河系的2000多億顆恒星中可能有200億顆擁有自己的行星系統(tǒng)，完全有理由猜想其中存在與地球非常相像的星球。

生命可能存在地——類地行星

我們知道，生命不可能在恒星上存在，高級(jí)生命只能在行星上存在。太陽系的九大行星可分為類地行星和類木行星，由于類木行星主要由氫、氦、冰、氨、甲烷等物質(zhì)組成，不適合生命生存?？茖W(xué)家認(rèn)為，只有在與地球大小相當(dāng)?shù)男行巧喜庞懈呒?jí)生命存在的條件。人類已經(jīng)對(duì)太陽系內(nèi)的兩顆類地行星（金星、火星）進(jìn)行了廣泛考察，遺憾的是，金星太熱了，而火星又太冷了。也許金星和火星都曾經(jīng)有生命存在，但嚴(yán)酷的氣候條件和極端的溫度使生命存在的證據(jù)無法保留下來。所以，人類把目光投向太陽系外的類地行星。類地行星要具有固態(tài)的表面，要有大氣和水圈，這樣，才可能會(huì)有類似地球上的生命。這種生命應(yīng)該按照生物起源的規(guī)律進(jìn)行演變；從低級(jí)到高級(jí)，從高級(jí)到文明，從文明到科技文明，文明社會(huì)再發(fā)展到科技社會(huì)。只有對(duì)方有了科技的文明，地球上的人類才有可能與對(duì)方取得聯(lián)系?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的太陽系外行星已100多顆，但是沒有一個(gè)是類地行星，毫不例外的都是巨大的類木行星，基本上因其四周多為氦氣和氫氣而不適宜生命生存。

如何去尋找地球的伴侶？

尋找遙遠(yuǎn)的行星的最大難題，就是人們看不見它們。原因是行星自身不發(fā)光，而只能反射恒星的光芒。如果把恒星比喻為一臺(tái)功率強(qiáng)大的探照燈，那么行星就只是站在探照燈邊緣的一只小小螢火蟲。那么，怎樣才能“看見”太陽系外的行星呢？

最簡(jiǎn)單的方法是將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)恒星后在附近尋找行星的像。不幸的是行星總比恒星暗很多，而且兩者間的角距離又是如此的小，因此此方法現(xiàn)在無法奏效。

目前最常用于尋找太陽系外行星的方法是所謂“多普勒擺動(dòng)”。我們通常說“行星在引力的作用下繞恒星公轉(zhuǎn)”，實(shí)際上應(yīng)該是恒星－行星的雙星系統(tǒng)繞它們共同的質(zhì)心公轉(zhuǎn)。只是恒星的質(zhì)量比行星大得多，兩者的共同質(zhì)心離恒星非常近而離行星很遠(yuǎn)，因此馬馬虎虎地說行星繞恒星公轉(zhuǎn)也無不可。由于恒星本身也沿一個(gè)微小的橢圓軌道繞共同質(zhì)心運(yùn)轉(zhuǎn)，從地球上看，它在有規(guī)律地靠近和遠(yuǎn)離地球。由于多普勒效應(yīng)，恒星靠近地球的過程中，其到達(dá)地球的光線會(huì)發(fā)生藍(lán)移；而遠(yuǎn)離地球的過程中，光線會(huì)發(fā)生紅移。觀察恒星光譜這種周期性的微小擺動(dòng)，就能察知附近必有一個(gè)看不見的天體在牽引它。很顯然，行星質(zhì)量越大、離其恒星越近，多普勒擺動(dòng)的效果就越明顯，因此人類首先發(fā)現(xiàn)的太陽系外行星中以離恒星很近、質(zhì)量巨大的行星居多，也是理所當(dāng)然。

行星對(duì)其恒星運(yùn)動(dòng)的影響也可不利用光譜來判定，而通過直接觀察恒星位置的變化，不過依據(jù)的基本原理與多普勒擺動(dòng)基本相同，都適用于質(zhì)量較大的行星。此種方法是觀察行星對(duì)恒星的周期性掩蝕：從地球上看來，當(dāng)一顆行星經(jīng)過其恒星表面時(shí)，雖然行星本身不能被直接看到，但它引起的“日食”會(huì)使恒星的光芒減弱，掩蝕結(jié)束后光度又恢復(fù)正常。這種方法對(duì)行星和恒星位置的要求未免高了一點(diǎn)，但它是目前唯一可行的尋找小質(zhì)量行星——即與地球差不多大小的行星——的方法。

傾聽“外星人”的聲音

有些科學(xué)家確信“外星人”的存在，以至于他們跳過了尋找類地行星這一環(huán)節(jié)，直接去傾聽“外星文明”的聲音。他們的理由直截了當(dāng)：假如外星人的確存在，它們就一定會(huì)向地球人發(fā)出召喚。于是，早在1960年，就有天文學(xué)家開始利用射電望遠(yuǎn)鏡來尋找外星人，即掃描其他文明所發(fā)出的星際電波。隨著時(shí)間的推移，尋找外星人計(jì)劃的規(guī)模也越來越大，最終，科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出了能同時(shí)傾聽成千上萬種無線電頻率的方法。盡管這項(xiàng)誘人的計(jì)劃至今仍未能取得任何實(shí)質(zhì)性的成果，但該計(jì)劃的組織者和很多參與者仍然堅(jiān)信，缺乏證據(jù)并不意味著沒有證據(jù)；如果現(xiàn)在就放棄努力，則永遠(yuǎn)也不能找到證據(jù)。

等待外星人發(fā)現(xiàn)我們?

還有些科學(xué)家持另一種思路：那就是等待外星人發(fā)現(xiàn)我們。如果外星文明已經(jīng)可以到達(dá)地球，那他們的科學(xué)技術(shù)必然比我們發(fā)達(dá)很多，那他們?yōu)槭裁催€總是躲著我們呢？為什么不堂而皇之地和我們交往呢？這就引起第二個(gè)問題：高度發(fā)達(dá)的文明，是否會(huì)有愿望與低級(jí)文明交往？這需要先對(duì)文明的發(fā)達(dá)程度作一些推測(cè)。

蘇聯(lián)天體物理學(xué)家N.S.卡達(dá)謝夫曾建議，可以根據(jù)宇宙中不同文明用于通信的能量，來對(duì)它們分級(jí)。他將想像中的文明分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種類型：

Ⅰ型文明能夠調(diào)集與地球整個(gè)輸出功率相當(dāng)?shù)哪芰坑糜谕ㄐ?。Ⅱ型文明能夠把相?dāng)于一顆典型恒星輸出功率用于通信。Ⅲ型文明用于通信的功率，約等于整個(gè)星系的功率輸出。即Ⅰ級(jí)文明只能在本星球上搞開發(fā)；Ⅱ級(jí)文明將把開發(fā)延伸到所在的行星系；Ⅲ級(jí)文明應(yīng)該可以活躍在所有星系。所謂搜索地外文明，也就是探索具有這三類文明的高級(jí)生物，這些高級(jí)生物對(duì)宇宙客觀世界應(yīng)有共同的認(rèn)識(shí)，比如，掌握電磁波傳遞信息的本領(lǐng)，并以此向外空發(fā)射信號(hào)表明自己的存在，同時(shí)收集外空文明發(fā)來的信號(hào)。

弗里曼·戴森早在1960年就提出一種理論,即所謂“戴森球”。他認(rèn)為，地球這樣的行星，本身蘊(yùn)藏的能源是非常有限的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以支撐其上的文明發(fā)展到高級(jí)階段；目前我們太陽系各行星只接收了太陽輻射能量的1／109。戴森認(rèn)為，一個(gè)高度發(fā)達(dá)的文明，必然有能力將太陽用一個(gè)巨大的球狀結(jié)構(gòu)包圍起來，使得太陽的大部分輻射能量被截獲，只有這樣才可以長(zhǎng)期支持這個(gè)文明，使其發(fā)展到足夠的高度。戴森所設(shè)想的這種可以包圍恒星的球狀結(jié)構(gòu)被稱為“戴森球”。對(duì)于太陽系而言，用地球上的物質(zhì)來建造這樣巨大的戴森球是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

如果文明的高度真的可以用卡達(dá)射夫的三種類型，或以是否已經(jīng)建成戴森球來標(biāo)志，那么，一個(gè)Ⅲ型文明會(huì)不會(huì)有興趣和Ⅰ型的地球文明交往呢？而外星飛船上的宇航員用望遠(yuǎn)鏡（如果他們也用的話）觀測(cè)一下我們的太陽，看到它依然明亮，就知道它的行星上的生物還未建成戴森球，也就知道這些生物還處在何等的“初級(jí)階段”，似乎也就沒有必要和我們交往了——像我們不想和螞蟻交往一樣。

雖然到目前為止，人類還沒有找到地球的伴侶，但科學(xué)家們堅(jiān)信，在太陽系外尋找到類似地球的行星，只是個(gè)時(shí)間問題，而發(fā)現(xiàn)更多行星意味著科學(xué)家可以建立更大的數(shù)據(jù)庫，這有助于科學(xué)家探測(cè)到真正的類地行星。太陽系外類地行星的發(fā)現(xiàn)，將會(huì)成為人類21世紀(jì)最重要的發(fā)現(xiàn)之一。

【責(zé)任編輯】蒲 暉