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地球不孤独

2019-08-02杰米·施里夫

华夏地理 2019年3期
关键词:西格尔恒星望远镜

杰米·施里夫

“突破摄星”计划构想的小型航天器被一束比阳光强劲一百多万倍的激光束推动,达到光速的五分之一,抵达4光年外的半人马座比邻星b附近。“这不是科幻小说,”斯坦福大学的扎克·曼彻斯特说,“这只是工程设计。”

激光束从欧洲南方天文台位于智利阿塔卡马沙漠的超大望远镜阵列射出。激光在天空中创造出人造导向星,帮助天文学家校正大气湍流造成的光线扭曲。该望远镜是少数几处能够直接捕捉巨大系外行星图像的设施之一。

在麻省理工学院54号楼17层的办公室里,萨拉·西格尔离太空的距离,就马萨诸塞州剑桥市而言,应该说比谁都近。在办公室窗口,从一个方向可以看到查尔斯河对面的波士顿市区,从另一个方向可以看到芬威公园。而在室内,她的视野延伸到银河系,及银河系之外。

47岁的西格尔是一名天体物理学家。她的专长是研究系外行星,即宇宙中除了太阳系八大行星之外的所有行星。在黑板上,她草写了一个方程式。这是她自己推想出来的,用于估计在系外行星上发现生命的可能性。在另一块写满更多方程式的黑板下面有一堆纪念品,包括一个装有光滑黑色碎片的小瓶。

“这是我们熔化掉的一块岩石。”

西格尔说话轻快,语调单一,一双敏锐的淡褐色眼睛紧紧盯着交谈对象。她解释说,有一些被称为“热超级地球”的行星距其所属恒星极近,对它们而言,绕着恒星飞奔一年,花的时间还不到地球上的一天。“这些行星极其炽热,上面可能有巨大的熔岩湖,”她说。熔化的岩石就是用来验证这个的。

“我们想测试熔岩的反射亮度。”

当西格尔于20世纪90年代中期进入研究生院时,人们并不知道有些行星用几个小时就能环绕其恒星一周,另一些则费时将近100万年。人们也不知道有些行星围绕两颗恒星旋转,还有些流浪行星不环绕任何恒星,只是在太空漫游。事实上,从前我们并不确定在太阳系之外有任何行星存在,我们对“行星性”的许多假设都被证明是错误的。1995年发现的第一颗太阳系外行星“飞马座51b”本身包含着另一重使人意外之处:这颗巨大的行星紧挨着它的恒星,四天绕行一周。

西格尔说:“飞马座51想必让每个人都明白对系外行星的研究将是一场惊险之旅。谁都没想到会在那里发现这颗行星。”

今天我们已经确认了大约4000颗系外行星,大多数是通过2009年启用的开普勒太空望远镜发现的。开普勒的使命是确定在散布着大约15万颗恒星的一小片天空中能找到多少颗绕轨道运行的行星——多大一片天空?伸出手臂,用一只手能遮住的那一片。但开普勒的最终目的是解决一个更紧要的问题:可能进化出生命之地,在宇宙中是普遍存在,还是极为罕见,以至于我们根本没有希望知道是否存在另一个有生命的世界?

麻省理工的天体物理学家萨拉·西格尔用一个模型展示加州NASA喷气推进实验室正在开发的遮星板。该装置在太空中部署后成品直径将超过30米,可以阻挡恒星发出的光。一架太空望远镜将捕捉位于遮星板“花瓣”之间的行星图像,并寻找该行星上可能存在生命的证据。

NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜在德克萨斯州休斯顿市约翰逊太空中心的一个巨大低温室内进行测试,模拟太空寒冷条件下的运作。它将探测可能支持生命的恒星、星系和太阳系的形成。

开普勒的回答是明确的。行星比恒星多,其中至少有四分之一与地球大小相仿、位于恒星系内所谓的宜居带,温度条件对生命来说应该既不太热也不太冷。银河系中至少有1000亿颗恒星,这意味着仅在我们的星系,就至少有250亿个地方可以想象生命的存在——而我们的星系只是宇宙万亿星系中的一个。

难怪,天文学家在提到去年10月耗尽燃料的开普勒望远镜时肃然起敬。(“在哥白尼革命中,‘开普勒是哥白尼本人以来最伟大的一步,”加州大学伯克利分校的天体物理学家安德鲁·西米翁告诉我。)这改变了我们看待一个伟大的存在之谜的方式。问题不再是:地球以外有生命吗?答案几乎已经肯定了。现在的问题是,怎样才能找到地外生命?

发现银河系中充满行星后,寻找外星生命的事业获得了新的活力。私人投资的激增创造了一个更灵活、对风险具有更大承受力的研究议程。美国宇航局(NASA)也加緊了天体生物学方面的努力。大多数研究集中在寻找其他世界中的任何生命迹象。但是新目标、新资金和不断增长的计算能力的前景也激励了数十年来对外星智慧生命的搜寻。

对“麦克阿瑟天才奖”得主西格尔来说,加入开普勒团队使她离自己的终生目标——找到一颗围绕类日恒星运行的类地行星——又近了一步。她目前的工作焦点是凌日系外行星勘测卫星(TESS),这是由麻省理工学院主持运作的一台NASA太空望远镜,于去年发射。像开普勒一样,TESS也在寻找恒星光度轻微变暗的现象。当行星经过恒星前面时,常会发生这种现象。TESS正在扫描整个天空,试图找出大约50颗像地球一样表面布满岩石的系外行星,这些行星将来可以由陆续投入使用的更强大的望远镜进一步调查,如NASA希望在2021年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜。

在西格尔办公室里靠墙有一张“愿景桌”,上面有她收集的一些物品,用以表示“我现在何处,要去何处,以此提醒自己为什么要这么努力工作”。物品中包括一些抛光的石质球体,代表一颗红矮星及其行星群,还有她开发的低成本行星探测卫星ASTERIA的模型。

“我还没来得及把这个贴上去,”西格尔边说边展开一张恰如其分地显示她职业生涯起始之处的海报。这是一幅显示元素光谱特征的图,好像一系列彩色条形码。每种化合物会吸收一组独特的光波长。(例如,我们看到叶子是绿色的,因为叶绿素是一种大量吸收光的分子,这种分子吸收红光和蓝光,所以反射的只有绿光。)还在二十多岁的时候,西格尔突然想到,在行星经过恒星上空时,行星上层大气中的化合物可能会在穿过的星光中留下光谱指纹。理论上,如果行星大气中有来自生物的气体,我们就可以从抵达地球的光线看到证据。

“这并不容易实现,”她告诉我,“你可以把岩石星球的大气层想象成洋葱的一层外皮,然后把它放在巨大的IMAX电影屏幕前面。”

如果一颗岩石行星以极近的距离围绕一颗恒星运行,韦伯望远镜就有可能捕捉到足够的光来调查生命迹象,但发生这种情况的概率非常低。大多数科学家包括西格尔,都认为我们需要等待下一代太空望远镜的诞生。在她的愿景桌上方,大片墙壁被一张薄薄的黑色塑料覆盖,形状像奇大无比的花瓣。这是在提醒她努力的方向:一项仍在酝酿中的太空任务,她相信这可以把她带到另一个有生命的地球。

从很小的时候起,奥利维尔·居永就跟睡眠过不去:睡眠理应在晚上,但居永却更喜欢在夜晚保持清醒。居永在法国香槟酒产区的乡下长大。11岁那年,父母给他买了一架小小的望远镜,他说后来他们后悔了。一夜又一夜,他通过望远镜观看天空,第二天上课时打瞌睡。这架望远镜后来不敷所用,于是他自己造了一架更大的。但是,虽然居永可以把看到的天体放大,一晚上有几个小时却是定数,无法延长。有得必有所失,所以,在青春懵懂的一天,他决定“戒掉”睡眠。头几天的感觉棒极了,但大约一周之后,他重病不起。现在回想起来,他还忍不住打个冷战。

如今43岁的居永有一架非常大的望远镜可用。斯巴鲁天文台和另外12个天文台坐落在夏威夷大岛的莫纳克亚山顶。斯巴鲁的8.2米反射镜是世界上最大的单片主镜之一。(这台望远镜由日本国立天文台运营,与同名的汽车公司没有关联——“斯巴鲁”是昴星团的日文名字。)在海拔4205米处,莫纳克亚山提供了最高、最清晰的一处宇宙景观,而从居永在希洛的家开车过去只需要一个半小时。距离这么近,他可以随时去测试、改进由他建造并附着在望远镜上的一套仪器,经常一干就是通宵。他随身带着一保温杯的浓咖啡,有段时间他还惯于往里加几剂液体咖啡因提劲,直到一位朋友提醒他每天的摄入量已经达到致命剂量的一半多了。

“我们可以在这里呆上几周,逐渐把地球上的生活抛在脑后,”他告诉我,“起先你会忘了今天是星期几,然后忘记给家人打电话。”

像西格尔一样,居永也是麦克阿瑟奖得主。他的特殊才能在于对光的掌握:如何摆弄光,操控光,以便瞥见一些如果没有这种“魔法”,连斯巴鲁的大镜子也看不见的东西。

“最大的问题是那里是否有生物活动,”他指着天空说,“如果有的话,是什么样的活动?有大陆吗?海洋?云?如果能从恒星的光中提取出行星的光,所有问题都可以得到解答。”

换句话说,“如果”能看到这颗行星的话。但是,要想将一颗布满岩石、地球大小的行星的光与其所属恒星的光区分开来,就像使劲眯起眼睛来分辨出一只在泛光灯前几厘米盘旋的果蝇。这似乎不可能,而使用今天的望远镜,确实不可能。但是居永把目光投向了下一代地面望远镜的潜力——如果能操纵它们非常、非常使劲地“眯起眼睛”。

这正是他的仪器要做的事。这种仪器叫做——斯巴鲁日冕极端自适应光学系统(SCExAO)。居永本想让我看看系统的操作,但因为停电,斯巴鲁关了。于是他提议带我参观容纳望远镜的43米直径穹顶建筑。这里的氧气比海平面少40%。访客如果担心,可以背上瓶装氧气,但他认为我不需要,于是我们出发了。

“前几天,我正带几个科学家参观,有个人突然晕倒了!”他说,语气中带点惊讶,又带点懊悔,“我本该看出来她挺难受的:默默跟着大家,一言不发。”我抓紧栏杆,提醒自己别忘了不断发问。

斯巴魯之类的地面望远镜收集光线的能力比哈勃等太空望远镜强大得多,主要原因是人们还无法将一面超过八米的镜子塞到火箭中送入太空。但是地面望远镜有一个严重的缺点:它们位于厚度以公里计的地球大气层下面,空气温度的波动导致光线不规则地弯曲——想想闪烁的星星,或者夏天沥青路面上的蒸腾空气,就明白了。

SCExAO的第一个任务是抵消这些干扰,方法是将来自恒星的光导向一面比一元硬币还小、由2000个微型马达驱动的变形镜。根据来自一台照相机的数据,马达每秒钟使镜子变形3000次,以精确地对抗大气像差,于是,我们便可以看到一束尽可能接近被大气层干扰之前状态的星光。接下来是“眯眼”任务。对居永来说,恒星的光是他“试图消除的一个眩目光点”。他的仪器包括一个由光圈、镜子和档板构成的复杂系统,这被称为日冕仪,只允许从行星反射的光通过。

这台仪器的实际构造要远为复杂,即便在不缺氧的海平面上,盯着装置示意图看一会儿也能令人头晕。但是,一旦新一代望远镜建成,最终观测结果将是一个确确实实从一颗岩石行星投射来的可见光点。将这一图像导入分光计(一种可以将光线分解成波长结构的装置)中,就可以从中探寻生物印记。

西格尔、居永和大部分同行都同意,有一个生物印记在科学谨慎允许的范围内,几乎可以构成生命存在的确凿证据。我们已经有一个星球可以证明这一点。在地球上,作为光合作用的副产品,植物和某些细菌产生氧气。氧气是一种作风放浪的分子——它跟地球表面上几乎任何东西都可以来事儿,黏上就分不开。所以,如果能找到证据证明一个大气层中存在氧气,人们的眉毛就会扬起来。更能说明问题的,是由氧气和与地球生命有关的其他化合物合成的生物印记。最令人信服的证据是同时找到氧气和甲烷,因为这两种来自生物的气体会彼此消灭。两者都找到,就意味着存在源源不断的补充。

然而,将对外星生命的搜寻限制在氧气和甲烷的范围内,未免就太以地球为中心了。生命可以采取不同于光合作用植物的形式。即便在地球上,在氧气开始在大气中积累之前,厌氧生物就已经存在几十亿年了。只要能满足一些基本要求——能量、营养物质和液体介质——生命就会以多种方式进化,产生许多种不同气体。关键是找到超过应有量的气体。

我们也可以寻找其他种类的生物印记。植被中的叶绿素反射近红外光——所谓的“红边”,人眼看不见,但用红外望远镜很容易观察到。如果能在一颗行星的生物印记中找到它,很可能你就发现了一片外星森林。但是其他行星上的植被可能会吸收不同波长的光——在有的行星上,“黑森林”可能真是黑色的,而在另外一些行星上,玫瑰是红色的,而且其他所有植被也都是红色的。

而且,为什么只着眼于植物呢?康奈尔大学卡尔·萨根研究所所长丽莎·卡特内格和她的同事们已经公布了137种微生物的光谱特征,包括在极端地球环境中生存的微生物。在另一颗行星上,这些微生物也许普遍存在。难怪人们如此热切地期待下一代望远镜。

阿拉巴马州的一个设施进行部署测试之前,工作人员在对NASA的“近地小行星探测器”部分卷起的太阳帆进行最终检查。跟传统船帆借助风力推动一样,太阳帆由阳光的压力推动,从而将对燃料的需求降到最低。

这种由II-VI公司和代顿大学开发的激光发射器是“突破摄星”将飞船推进到最近的恒星系所需技术的前驱。发自该设备21个透镜的激光束可会聚在一个远程目标上。“突破摄星”的激光阵列将把近10亿道类似的光束会聚到一起。

“近地小行星探测器”太阳帆专家莱斯·约翰逊让一小片镀铝塑料帆材料漂浮在空中,这种材料比人类的头发还薄得多。用激光推动的帆可以用轻得多的石墨烯制成。他说:“今天的太阳帆有朝一日会衍生出更强大的能量帆,把我们的子孙送往星空。”

加州山景城NASA艾姆斯研究中心开发的Sprite航天器不比一张邮票大多少,它预示有一天“突破摄星”计划的飞船可能会携带传感器,在离地球最近的恒星系统中探测生命。

卡特内格说:“有史以来,我们第一次有可能收集到足够的光。我们会看出一些名堂。”

在新一代地面望远镜中,将最早落成且最强大的一台是欧洲南方天文台位于智利阿塔卡马沙漠的极大望远镜(ELT),定于2024年开始运行,其39米反射镜的集光力将超过所有现存斯巴鲁规格望远镜之总和。配上居永仪器的升级版,ELT将有充分能力对位于红矮星(银河系中最常见的一些恒星)宜居带的岩石行星进行成像。红矮星比我们的黄矮星太阳更小、更暗,所以其宜居带在更为贴近的轨道上。行星离恒星越近,反射的光就越多。

可惜,红矮星的宜居带不是银河系中最舒适的地方。红矮星能量极其充沛,在经历西格尔称之为“极长、极糟糕的青春反叛期”时,经常向太空射出耀斑。也许,某个大气层的进化使其得以保护新生生命不被这些太阳耀斑烤焦。但是红矮星周围的行星也有可能被“潮汐锁定”——总是向恒星展示固定的一侧,就像月亮只有一面对着地球一样。这将使行星的一半变得对生命来说太热,而另一半又太冷。但是,中间地带却可能足够温和,可以容纳生命。

事实上,有一颗巖石行星叫做半人马座比邻星b,在半人马星座比邻星的宜居带轨道上运行。比邻星是距离我们最近的一颗红矮星,大约距地球4.2光年,也就是40万亿公里。“这是一个非常令人兴奋的目标,”居永说。但是他同意西格尔的观点:找到生命的最佳机会将在环绕类日恒星运行的一颗类地行星上。ELT及其同类在收集光线方面将会非常出色,但即使巨型地面望远镜也无法将一颗行星的光线和比之明亮100亿倍的恒星的光线区分开来。

做到这一点需要更多时间和更加奇妙的技术——在有的人看来,这样的技术简直就是痴人说梦。还记得西格尔墙上的花瓣状面板吗?那是名为“遮星板”的太空仪器的一个构件。其设计方案由28块面板组成,围绕一个中心枢纽布置,像一棵巨大的向日葵,直径超过30米。花瓣的形状很精确,起伏的波纹可以让来自恒星的光线偏转,在遮星板后面留下一个超暗的阴影。如果将一台望远镜远远放置在黑暗隧道的深处,就能够捕捉到遮星板边缘之外来自类地行星的可见微光。

遮星板最早的可能合作伙伴是计划于2020年代中期建成的广域红外观测望远镜(WFIRST)。这两个航天器将彼此协作,好像跳一场太空双人舞:遮星板将缓步到位,阻挡从恒星发出的光,这样WFIRST就可以探测到它周围的任何行星,并有可能对其光谱进行采样,寻找生命迹象。当WFIRST忙于其他任务时,遮星板将飞向目标名单上的下一颗恒星,挡住其光线。尽管两个舞者之间相隔数万公里,但它们必须对齐到1米误差之内,舞才跳得起来。

遮星板由位于加州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室开发,到最后建成尚需十年左右时间,而且谁也不能保证一定会得到资金支持。西格尔希望领导这个项目,她信心满满。但愿如此。太空中,一朵巨大的花儿展开花瓣挡住来自遥远太阳的光,让人们查看围绕它旋转的大大小小的世界中是否有生命,这种独特前景多么令人振奋!

当乔恩·理查兹2008年回应一条程序员招聘广告时,他万万没想到会在之后十年的大半时间里到北加利福尼亚的偏远山谷寻找外星人。搜寻外星智能的事业简称“SETI”,既指一项研究,也指一个名为SETI研究所的非营利组织,后者雇用理查兹来管理艾伦望远镜阵列(ATA,距位于硅谷的研究所总部550公里)。ATA是地球上唯一專门为探测来自外星文明的信号而建造的设施,主要由已故微软联合创始人保罗·艾伦资助,最初的构想是由350台直径6米的射电望远镜组成阵列,但由于长期资金困难只建造了42座。一度曾有七名科学家协助运行ATA,但逐步减员后,理查兹自嘲为“最后一个屹立在战场上的人”。

在8月份一个炎热的日子,该地区发生一连串野火后不久,我来看望理查兹。烟气遮住了周围群山的景色,身影朦胧的碟形天线似乎从洪荒之始就未曾变动,就像复活节岛雕像一样,都执拗地凝视着毫无特色的天空中同一个地方。理查兹带我去了其中一座,打开下面的舱门,露出它新安装的馈线:一个装在厚厚的玻璃锥体中闪闪发光的锯齿铜锥。“看起来有点像死光武器,”他说。

理查兹的工作是管理硬件和软件,包括用以筛选每天晚上流入望远镜的数十万个无线电信号的算法,以寻找“有趣的信号”。自从60年前人们开始搜寻外星信号以来,无线电频率一直是SETI最受欢迎的猎场,主要因为它们在太空中旅行的效率最高。SETI科学家特别关注无线电频谱中的一个安静区域,那里没有来自星系的背景噪声。在相对不受干扰的频率范围内进行搜索比较合理,因为这是智能外星人最有可能发送信号的地方。

理查兹告诉我,ATA正按一个清单逐个探测目标,清单上包含2万个红矮星。晚上,他确保一切正常运转,在他入睡期间,天线碟面指向目标,光子快速通过光纤,来自宇宙的无线电“音乐”流向巨大的处理器。如果一个信号通过了测试,表明它既不是来自自然来源,也不是来自一些日常的地球来源——一颗卫星、一架飞机、某人的遥控汽车钥匙——计算机就会发出电子邮件警报。这类电子邮件他可不想错过,所以理查兹设置了电信服务,将消息转发到他手机上。因此,可以设想,我们与外星文明的第一次接触很可能来自一条短信,震响的手机就放在理查兹床头柜上。

在加州瓦列霍的“六旗发现王国” 主题公园, 普林西亚学院和SETI研究所的劳伦·道尔与一些“地外”高智能生物进行了交流。道尔对海豚和鲸交流系统的研究有助于科学家解读外星语言的模式。

在加州瓦列霍的“六旗发现王国” 主题公园, 普林西亚学院和SETI研究所的劳伦·道尔与一些“地外”高智能生物进行了交流。道尔对海豚和鲸交流系统的研究有助于科学家解读外星语言的模式。

然而,到目前为止,所有的有趣信号都是假警报。不像其他一些进步可以累积的实验,SETI只有两个状态:要么外星人正巧在你值班时找你聊天,要么没有。假设他们真的就在太空中什么地方,而你寻找他们的时间、地点、射频碰巧全都合适,这种机会实在不大。SETI已退休的前研究主管吉尔·塔尔将这种搜寻比作将一只杯子在大海里浸一下:捞到一条鱼的机会极其微小,但并不意味着大海中鱼不多。不幸的是,美国国会很久以前就对浸杯子失去了兴趣,于1993年突然终止了资助。

我们应该寻找的不是来自ET的信息,而是ET之所以为ET的迹象。我们也许能够感知到其不同于人类的智慧。

好消息是,虽然SETI研究所断了粮,SETI研究项目最近却获得了颇为可观的资助,令整个领域大为振奋。2015年,尤里·米尔纳,一位俄罗斯出生的风险投资家,创立了“突破倡议”,承诺提供至少2亿美元在宇宙中寻找生命,其中1亿专门用于寻找外星文明。米尔纳是脸书、推特和其他许多互联网公司的早期投资者。在那之前,他在俄罗斯成立了一家非常成功的互联网公司。他的慈善愿景可以概括为:如果大家公认寻找外星智慧生命的证据值得花1亿美元,那么何不由他来出这1亿美元呢?

米尔纳说话温和,不引人注目,直到他站在我椅子旁边,我才发现他来了。他告诉我他的背景——物理学学位,对天文学的终生热爱,用宇航员尤里·加加林的名字给他起名的父母亲。加加林在米尔纳出生前七个月成为第一个进入外层空间的人。米尔纳出生和加加林上天都是在1961年。米尔纳指出,也是在那一年,SETI启动。他说:“冥冥中,一切相互关联。”

通过他的首创项目之一“突破聆听”,他打算在10年内花掉1亿美元,其中大部分用在加州大学伯克利分校的SETI研究中心。另一个项目“突破观察”是资助新的技术,与欧洲南方天文台在智利的超大型望远镜合作寻找生物印记。

最为野心勃勃的是米尔纳的“突破摄星”计划,投资1亿美元探索前往离我们最近的恒星系统——半人马座阿尔法星的可行性,岩石星球比邻星b就位于这个恒星系统中。要明白这一挑战有多么严峻,需要一点洞察力。1977年发射的第一艘“旅行者号”飞船,用了35年才进入星际空间。以这种速度航行,“旅行者号”需要大约7.5万年才能到达半人马座阿尔法星。就目前对“摄星”的规划而言,一队卵石大小的宇宙飞船以五分之一光速在太空中飞驰,仅用20年就能到达半人马座阿尔法星。根据最初由加州大学圣巴巴拉分校物理学家菲利普·鲁宾提出的规划,这个微缩版的哥伦布舰队将由一个地基激光阵列推进,其聚集在飞船上的能量比一百万个太阳还要强大。也许,这个计划根本无法实现。但这正是私人资金的优势:与政府项目不同,人们不但允许你押宝,而且指望你大赌一把。

“让我们过五年或十年再来看看这计划可不可行,”米尔纳耸耸肩说道,“我热心不是因为我认定计划中哪一点一定能成功。我热心是因为值得一试。”

会见米尔纳的第二天,我去SETI在加州大学伯克利校园的研究中心拜访了“突破聆听”慷慨捐赠的受益者。伯克利SETI研究中心主任安德鲁·西米翁的任务是将智能外星人搜索提升到一个新的水平。除了伯克利的任命,他还担任SETI研究所本部的相关研究负责人,包括ATA的运作。

38岁的西米翁看起来就像个不折不扣的新一代SETI大师:头剃得精光,身材紧凑,一条细细的金链在考究衬衫的纽扣上方隐隐闪现。他肯定了过去几十年塔尔特及其SETI研究所同事们所做的研究,同时热切地指出SETI今后的发展跟过去大有不同。SETI最初的灵感来自于建立联系的可能性——我们向外面张望,希望看到从外面向我们张望的外星人。SETI 2.0版试图确定科技文明是否如黑洞、引力波或其他天文现象一样,是宇宙景观的一部分。

他告诉我,“突破聆听”绝不是放弃对无线电信号的传统搜索;相反,在这方面的投入还有所增加:在西弗吉尼亚和澳大利亚的两台单碟式射电望远镜上,大约四分之一的观看时间是用于SETI项目。使西米翁更加兴奋的是与南非新MeerKAT望远镜的合作,那是由64个射电天线碟组成的阵列,每一个的尺寸都是ATA的两倍多。“突破聆听”将对100万颗恒星进行不间断监听,在未来十年将把南非和澳大利亚的数千个天线碟连接起来,全部镜面的接收面积加在一起将超过1平方公里。

西米翁还告诉我其他一些有关SETI的情况——“突破聆听”与位于中国、澳大利亚和荷兰的望远镜的合作,以及其他地方对可见光信号和红外信号的搜索。大体说来,SETI正在经历从作坊产业向全球企业的转变。

最重要的是,我们自身文明中技术的加速发展赋予了我们力量和灵感,让我们从另一个角度来审视探索的目标。60年来,我们一直在等ET(外星人)给地球打电话。但ET多半并没有令其信服的理由与我们沟通,就好像我们不觉得要向一群蚂蚁问好一样。我们可能觉得跟自己的过去相比,在技术上已经满成熟了,但是与宇宙中可能存在的其他文明相比,我们还处在幼年期呢。我们能够探测到的任何文明都有可能领先我们数百万年,或许数十亿年。

我们应该寻找的不是来自ET的信息,而是ET之所以为ET的迹象。其不同于人类的智慧我们可能还无法理解,但是通过寻找技术证据——所谓的“技术印记”——我们也许能够感知到。

最明显的技术印记是我们已经制作或设想可以制作的東西。哈佛大学的阿维·洛布是“突破摄星”咨询委员会的主席,他指出,如果另一个文明使用类似的激光推进在太空中航行,它跟“摄星”类似的激光束在宇宙的边缘都可以看见。洛布还建议寻找氯氟烃的光谱特征,对于未能活过技术幼年阶段的外星人,释放过量氯氟烃污染大气可能是他们灭绝的原因。

拜访洛布时,他告诉我:“基于人类自己的行为来推想,一定有许多文明因为滥用技术力量而自取灭亡。如果我们在摧毁自己的星球之前找到它们,就能学到很多东西。我们可以从中吸取教训。”

乐观一点来看,从成功解决能源问题的文明中,我们可以学到更多。在NASA的一次技术印记会议上(是的,四分之一世纪后,NASA也重返SETI游戏),有人谈到要从幻想中人类在未来建造的巨型建筑获取余热。“戴森球”是包围一颗恒星并捕获其所有能量的假想太阳能阵列装置,如果围绕我们自己的太阳构建一个戴森球,1秒钟内就能产生按当前需求量足够我们使用100万年的能量。假如了解到其他文明已经完成了如此壮举,也许会给我们带来一些希望。

不管怎么说,空间是广阔无垠的,时间也是如此。即便我们拥有越来越强大的计算机和望远镜,有SETI益发丰富的研究计划,再加上100个尤里·米尔纳的财力助推,可能还是永远碰不到外星智能。另一方面,某颗遥远星球上生命的首次宣示似乎随时可能发生,又令人感到毛骨悚然。

“你永远不知道会发生什么,”西格尔说,“但我的确知道那些恒星周围有着某种伟大的存在。”

下一代行星猎手

地面仪器

地基望远镜可以容纳相对较易维护的重量大、功能强的光学器件。但是地球的大气层过滤并扭曲了星光,限制了这些望远镜观察外层空间的能力。

轨道仪器

远离地球大气层的太空望远镜可以探测电磁波谱中的频率和波长。但要发射升空,尺寸得够小,而且它们飞得太远,无法进行后续修理。

开普勒望远镜探测到了数千颗系外行星,去年燃料耗尽时退役,但是新望远镜预示着狩猎行动会有巨大的改进。这里展示的望远镜有望大大提高我们探测几千光年之外的宜居性迹象的能力。除了体积大小和离恒星的距离之外,这些望远镜还可以研究一颗行星的的地形,检查云层。

探求光明

地球生命的气态迹象 穿过大气层的电磁能量( 光) 会产生这样的光谱,表明存在与生命相关的化合物。

图中,一颗系外行星在一颗非常像太阳的恒星前运行。一种发现行星是否可能包含生命的方法是寻找被称为生物印记的信号。当恒星的光被一颗行星反射,或者穿过行星的大气层(如蓝色光环所示)时,气体会吸收特定的波长。通过望远镜观察到的光谱可以显示是否存在与生命相关的气体,如氧气、二氧化碳或甲烷。

观测色彩

地球生命的彩色标志 红光的吸收和近紅外光的反射( 被称为植被“红边”)之间光谱的鲜明对比表明植物的存在。

在地球上,光合作用植物中的叶绿素吸收红光和蓝光,所以植物看起来是绿色的。然而在其他生物世界,光合作用可能会使用不同的色素。从这颗假想系外行星的冰冷月亮上看过去,行星的淡紫色来自一种叫做视黄醛的色素,这种色素也能够将光转化为代谢能量,并且在地球早期的生命历史中可能先于叶绿素出现。

拥有智慧的外星生物

来自太空的信号尖峰 这个来自对14个行星系统调查的功率谱包含了一个看起来很有希望的信号,但没有证据表明它是由智慧生物创造的。

迄今为止,对外星智慧的搜索一直集中在探测从太空传来的无线电信号上。随着计算能力的提高和更灵敏的望远镜诞生,研究人员正在将搜索范围扩大到可见光和红外线信号,试图发现先进文明的“技术印记”。这可能包括激光脉冲、污染气体或者围绕附近的一颗恒星而建造的巨型能量采集装置。

寻找宜居性空间

没有接收太多的太阳辐射,而且距太阳有一定距离使水处于液态。到目前为止,已经发现47颗符合这些特征的系外行星。但随着新望远镜在银河系中搜寻行星的范围远超以往,这个数字将会不断增长。

激光驱动力

“突破摄星”是一项处于开发阶段的雄心勃勃的计划,将派遣小型探测器经过20年的旅程前往系外行星半人马座比邻星b。但即便是重量极轻的航天器也需要燃料,走得越远,所需越多。提出的解决方案?舍弃燃料,从轨道卫星发射探测器,用地球上的激光器提供推进力。

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宇宙射线诞生于恒星爆炸