發(fā)現(xiàn)外星人的機(jī)會(huì)

何　寧

搜尋地外生命已成為天文學(xué)和生物學(xué)中的一個(gè)熱門話題，但很少有人記得這個(gè)課題是怎樣在40年前被提出的。1959年9月，物理學(xué)家考康尼和莫里松在英國(guó)《自然》周刊上發(fā)表了一篇“尋找星際通訊方式”的文章?？伎的岷湍锼烧J(rèn)為，射電望遠(yuǎn)鏡已變得十分靈敏，足以接收到來自遙遠(yuǎn)恒星周圍的文明發(fā)射的信息。他們認(rèn)為，這樣的信息可能以21厘米的波長(zhǎng)發(fā)射，這是宇宙中最普遍的中性粒子元素氫的無(wú)線電輻射的特征波長(zhǎng)。外星人可能將它們用于電磁波中的一種邏輯信號(hào)，像我們這樣的搜尋者會(huì)想到在這一波段上進(jìn)行搜索。

1960年4月，射電天文學(xué)家弗蘭克·德里克成為探測(cè)來自宇宙的智慧信號(hào)的第一人。利用西弗吉尼亞州格林班克的國(guó)家射電天文臺(tái)的25米口徑射電望遠(yuǎn)鏡，德里克“監(jiān)聽”了附近兩顆類似太陽(yáng)的恒星：鯨魚座τ和波江座ε。他的這個(gè)奧茲瑪計(jì)劃是不成功的。

在奧茲瑪行動(dòng)之后，德里克組織了一次會(huì)議和一群科學(xué)家討論了搜尋地外智能生命的前景和可能遇到的困難。在1961年11月，10名無(wú)線電專家、天文學(xué)家和生物學(xué)家在格林班克召開了兩天會(huì)議。年輕的卡爾·薩根及伯克利大學(xué)化學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)獲得者卡爾文也出席了會(huì)議。正是在這次會(huì)議期間，德里克提出了他的著名方程：

N=R×fp×ne×fl×fi×fc×L

其中，N代表銀河系中的文明數(shù)量，它是幾個(gè)可以求出的未知數(shù)的乘積。R是每年在銀河系中誕生的恒星數(shù)，fp是擁有行星的恒星比數(shù)，ne是行星系中“類地”行星的平均數(shù)，fl是類地行星中具有生命的行星比數(shù)，fi是具有智能生物的行星比數(shù)，fc是能夠進(jìn)行星際無(wú)線電通訊的智能生物的比數(shù)，L是通訊文明的平均壽命。

通過將一個(gè)大的未知量分解成一系列更小更容易求解的未知量，德里克方程使搜尋外星文明變得更加現(xiàn)實(shí)和有希望。這一方程為地外生命問題提供了進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)。

天文學(xué)家和生物學(xué)家曾試圖解開這個(gè)方程。初看起來，得出準(zhǔn)確的估計(jì)值似乎很簡(jiǎn)單，但在實(shí)際情況中，算出地外智能生物的數(shù)量并不容易。近年來，這一方程中的一些變量已被確定，但一些變量仍未確定。

在銀河系中，恒星生成的速度均為每年一顆，所以R=1；fp可能小于1，不是每顆恒星都有行星伴隨。如果一顆恒星有一個(gè)行星系統(tǒng)，可以認(rèn)為，其中至少有二到三顆行星和衛(wèi)星可能適合生命的起源，所以，fp×ne<1，但接近1。

樂觀者認(rèn)為，生命在類地行星上都會(huì)生成，即fl=1，而達(dá)爾文的自然選擇過程最終都有利于智能的進(jìn)化，即fi=1。另外，沒有智慧文明會(huì)存在很久而不發(fā)現(xiàn)電和無(wú)線電并感到迫切需要通訊，即fc=1。在這種情況下，德里克方程可簡(jiǎn)化為N=L(智能社會(huì)的平均壽命)，如果L是1萬(wàn)年，在銀河系中就會(huì)有1萬(wàn)個(gè)左右的文明，或大約每2000萬(wàn)顆恒星中有一個(gè)星際文明。如果它們均勻地分布在銀河系中，最近的文明可能離我們有大約1000光年遠(yuǎn)。因此，雙向通訊將需要一段漫長(zhǎng)的時(shí)間——相當(dāng)于有記載的人類歷史中很長(zhǎng)的一段時(shí)間。

然而，35年的搜尋地外智能生命的努力卻一無(wú)所獲，盡管射電望遠(yuǎn)鏡的口徑、接收器技術(shù)和計(jì)算能力自20世紀(jì)60年代初以來已大大增加了。

是不是我們過高估計(jì)了一個(gè)或更多的德里克參數(shù)的值?智慧文明的平均壽命是否很短暫?還是因?yàn)樘煳膶W(xué)家忽視了一些更深層的因素?

讓我們通過分析每個(gè)因子來重新求解德里克方程。

平均每年在銀河系中生成的恒星數(shù)R的值約為1——天體物理學(xué)家們相當(dāng)肯定這一點(diǎn)(當(dāng)然，這并不意味著每年正好有一顆新恒星生成，而是介于03～3之間的某個(gè)平均數(shù))。

有多少行星(fp)

第二個(gè)變量fp，是擁有行星系統(tǒng)的恒星百分比。最近發(fā)現(xiàn)的被行星盤環(huán)繞的年輕恒星以及探測(cè)到圍繞附近的類似太陽(yáng)的恒星運(yùn)行的行星，證實(shí)了天文學(xué)家們?cè)缇吞岢龅牟孪耄盒行鞘瞧毡榇嬖诘摹?/p>

原始行星盤已被各種紅外觀測(cè)設(shè)備探測(cè)到并在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的獵戶座星云照片中被直接看到，該星云是一個(gè)恒星大量生成的區(qū)域。這些觀測(cè)似乎暗示，在所有新生成的恒星中，至少有50％被行星環(huán)繞。雖然沒有人肯定這些行星盤會(huì)存在多久。最近的亞毫米波觀測(cè)表明，在大量老年恒星周圍，有更稀薄的塵埃盤，包括德里克的第一個(gè)探測(cè)目標(biāo)波江座ε星。這些圓盤有許多是炸面圈型的，按照某些理論家的說法，那些中心洞只能是由于行星從圓盤內(nèi)部吸積氣體和塵埃造成的。

在探測(cè)200個(gè)太陽(yáng)型單星時(shí)，發(fā)現(xiàn)了10個(gè)行星系，這表明約有5％的恒星有行星伴隨，所以fp應(yīng)為005。然而，有一個(gè)誤區(qū)，現(xiàn)行的探測(cè)技術(shù)只對(duì)大質(zhì)量行星尤其是那些在很近軌道上的大行星是敏感的，和太陽(yáng)系完全一樣的行星系仍不能確認(rèn)，很有可能，帶有行星的太陽(yáng)型單星的真正比例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于5％，可能高達(dá)50％，甚至100％。

適合生命的行星(ne)

這個(gè)因子代表在其他行星系中有適合生命起源的環(huán)境的行星的平均數(shù)目(e代表“地球型”)。在1992年出版的《地球以外有人嗎?》一書中，德里克回憶說，格林班克會(huì)議的參加者估計(jì)，ne值介于1～5之間。換句話說，每個(gè)行星系至少包含一個(gè)類地行星(一個(gè)存在液態(tài)水的行星)，而每個(gè)行星系可能有三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)這樣的世界。

這種樂觀的看法是根據(jù)這一假設(shè)得出的，即我們的太陽(yáng)系在大小、行星數(shù)量和分布上是具有普遍性的。今天，火星和木星的衛(wèi)星歐羅巴被認(rèn)為是早期生物的世界，在太陽(yáng)系中，確實(shí)形成了三個(gè)“類地行星”。然而，在最近3年中發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系以外行星使人類認(rèn)識(shí)到，擁有眾多行星和衛(wèi)星，在完美的、穩(wěn)定的、近乎圓形的軌道中運(yùn)行的太陽(yáng)系，可能是個(gè)例外。

有多少個(gè)生命起源(fl)

fl是可居住行星的比值。建造生命的分子(復(fù)雜的有機(jī)碳?xì)浠衔锖桶被?在宇宙中是豐富的。它們?cè)陔E石、彗星和星際氣體及塵埃中被發(fā)現(xiàn)。在星際空間中比在地球生物圈內(nèi)存在更大量的氨基酸。無(wú)疑，大量原生物的進(jìn)化正在恒星之間和黑暗的宇宙中進(jìn)行。

也許，在適當(dāng)條件下，生命的起源是一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單而容易發(fā)生的過程。如果這一過程十分罕見或很難發(fā)生，生命就不會(huì)在地球早期發(fā)生，而是更晚一些時(shí)候在這顆行星上出現(xiàn)?，F(xiàn)在，生物學(xué)家們正在討論生命是否曾在地球上出現(xiàn)過幾次。有理由認(rèn)為，今天所有的生物都有一個(gè)共同的祖先，但其他獨(dú)立的生物鏈可能形成過并早早已被滅絕了。如果生命在一切有條件的地方都能生成，那么，可以推測(cè)fl=1。

智能數(shù)目（fi）

剩下的只有3個(gè)未知數(shù)。智能生命(fi)的進(jìn)化又怎樣呢?怎樣才能證實(shí)地外文明能夠并且愿意用無(wú)線電發(fā)射信號(hào)(fc)呢?什么是無(wú)線電文明的平均壽命(L)呢?在德里克方程中，這些生物學(xué)和社會(huì)學(xué)因素遠(yuǎn)比天文學(xué)因素更不確定。

按照許多生命科學(xué)家的說法，認(rèn)為另一顆行星上的生命進(jìn)化必然導(dǎo)致和人類一樣的智能生命是幼稚的。哈佛大學(xué)古生物學(xué)家高德在他的最暢銷書《奇妙的生命》中斷言，我們可能應(yīng)把我們自身的存在歸結(jié)于運(yùn)氣，人類不是生命進(jìn)化的必然趨勢(shì)。演化是不可預(yù)測(cè)的和無(wú)序的過程。高德曾指出，如果我們能倒回地球生命演化的錄像帶并重放一遍，人類再次出現(xiàn)是不可能的。

當(dāng)然，其他人會(huì)反駁說，我們正在尋找的不是外星球上的人類。沒有人會(huì)指望在其他行星上發(fā)現(xiàn)人(小綠人或其他什么人)，而是說，是否有其他類型的生物進(jìn)化出使用工具的能力，發(fā)展成一個(gè)復(fù)雜的社會(huì)，積累并很好地應(yīng)用知識(shí)并足以發(fā)現(xiàn)電子學(xué)原理。在樂觀者看來，差異很大的各種動(dòng)物在地球上各自進(jìn)化出的智力水平和有目的的行為的區(qū)別似乎只是程度上的，而不是物種上的。

高德注意到，在生命進(jìn)化中沒有統(tǒng)一的模式，沒有特定的方向或偏向。我們認(rèn)為，生物差異的增加必然伴隨著智力的增加可能是個(gè)致命的錯(cuò)誤。如果某些后來進(jìn)化的動(dòng)物比早先進(jìn)化的動(dòng)物更聰明，這可能只是個(gè)僥幸的成功。人類的智能和技術(shù)水平可能更是如此。

在某些生物學(xué)家和地外探索的支持者看來，“適者生存”這句話表明，更高的智能必然增加一個(gè)物種的生存機(jī)會(huì)并渡過自然選擇過程。但哈佛大學(xué)著名生物學(xué)家恩斯特·梅亞認(rèn)為，許多天文學(xué)家和物理學(xué)家對(duì)智能的出現(xiàn)過于樂觀。梅亞在1996年5月出版的《行星報(bào)告》中寫道：“他們會(huì)說，如果生命在什么地方出現(xiàn)，到一定時(shí)候它必將發(fā)展成智能；另一方面，生物學(xué)家深刻認(rèn)識(shí)到，這樣一種發(fā)展不是必然的?！?/p>

樂觀者指出，地球在被膨脹的太陽(yáng)燒毀前還有10多億年時(shí)間，這是自從第一批簡(jiǎn)單生物爬出海洋登上陸地以來的時(shí)間的兩倍多。如果智能生物的出現(xiàn)是十分困難和罕見的話，樂觀者宣稱，它就不可能出現(xiàn)得這樣早。很可能在未來10億年中，完全不同的智慧生物將再出現(xiàn)幾次。

悲觀論者反駁說，我們實(shí)際上不知道地球?qū)⒈３诌@種狀況多久——地球表面上穩(wěn)定的氣候可能是一個(gè)漫長(zhǎng)的幸運(yùn)時(shí)期——所以事實(shí)上，我們可能在適合生命的時(shí)間區(qū)段內(nèi)出現(xiàn)得遲了。

奇怪的是，雙方都承認(rèn)所謂的哥白尼原理，即，人類并不享有在時(shí)間或空間中的優(yōu)先地位。懷疑論者如梅亞說，正是人類中心論才相信，人類型智能曾在宇宙中一次又一次出現(xiàn)。相信者如德里克則不原承認(rèn)我們的特殊性，因?yàn)檫@將違反哥白尼學(xué)說。

顯然，fl在德里克方程中是爭(zhēng)論最多的因素。一些科學(xué)家相信它的值接近0，而其他人相信它的值接近1。似乎不存在中間值——智能生物出現(xiàn)的問題是地外探索中的一個(gè)兩極分化問題。

即使進(jìn)化可能產(chǎn)生智能，fl也比1小許多。最近探索到的太陽(yáng)系和行星氣候的穩(wěn)定性就是證明。由麻省理工學(xué)院的拉西奧和弗洛對(duì)其他行星做的計(jì)算機(jī)模擬表明，類地行星不可能在引力拉鋸戰(zhàn)下即在有兩個(gè)(或更多)大質(zhì)量的類木大行星的行星系中生存，它們會(huì)被拋出行星系或被搖搖晃晃地推入中央恒星內(nèi)。

反之，完全沒有巨大行星的行星系也不適合帶有生命的行星生存。由華盛頓卡內(nèi)基學(xué)院的威斯韋爾做的計(jì)算機(jī)模擬表明，木星的作用就像太陽(yáng)系的引力吸塵器一樣，有效地掃除了闖入地球交匯軌道的眾多危險(xiǎn)的彗星。威斯韋爾說，沒有木星，彗星與地球的碰撞幾率將高出1000倍，每10萬(wàn)年發(fā)生一次災(zāi)難性的撞擊(就像6500萬(wàn)年前發(fā)生的那一次)，這肯定會(huì)阻礙任何以簡(jiǎn)單生命形式向更高智能的緩慢進(jìn)化。

還有，由萊斯和羅伯特所做的動(dòng)力學(xué)研究表明，類地巖石行星在軌道上表現(xiàn)出無(wú)序的傾斜變化，這種傾斜能導(dǎo)致猛烈的氣候變化。幸好，地球在軌道上傾斜的無(wú)序變化通過月球的潮汐作用被消除了。沒有一個(gè)很大的衛(wèi)星，地球可能已經(jīng)歷了類似于火星那樣的自轉(zhuǎn)軸傾斜的變化——大到20°～60°的變化，這將造成強(qiáng)烈的季節(jié)變化。

生物學(xué)家相信，變化和壓力會(huì)導(dǎo)致易變的適應(yīng)性強(qiáng)的物種的出現(xiàn)。哈佛大學(xué)的霍夫曼和三位同事最近提出，在8.5億年～76億年前出現(xiàn)的一系列全球性冰期，凍結(jié)了各大洋洋面直至赤道。它是導(dǎo)致那一時(shí)期前后新的生命形式“前寒武紀(jì)大繁榮”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在地質(zhì)年代后期恐龍大滅絕后，隨著許多新物種的出現(xiàn)，地球又恢復(fù)了生機(jī)。人類在一次冰期中的出現(xiàn)就是壓力驅(qū)動(dòng)進(jìn)化的一個(gè)例子。

但太猛烈或太頻繁的行星災(zāi)難將滅絕一切生物，或使受到打擊的生命停留在一個(gè)低水平上。無(wú)論在哪種情況下，我們目前的存在都似乎是一系列天文上的巧合產(chǎn)生的偶然結(jié)果。

外星人發(fā)射的信號(hào)

假設(shè)地外智能生命存在，他們會(huì)通過無(wú)線電信號(hào)和我們交流嗎?有多少文明能夠并且愿意用一種我們能探測(cè)到的方式發(fā)射信號(hào)?換句話說，fc值是什么呢?地外智能生命探索的支持者傾向于認(rèn)為fc值較大；或遲或早，任何技術(shù)文明都將發(fā)現(xiàn)，無(wú)線電是越過天文距離交流的最有效的方式，并會(huì)選擇這樣做。也許我們還不懂得生物進(jìn)化的真正多樣性，或者還有未被人類探索到的科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域。和有待于我們發(fā)現(xiàn)的事物相比，無(wú)線電可能是非常原始的。

壽命

對(duì)通訊文明的平均壽命L，樂觀者和悲觀者之間也相距甚遠(yuǎn)。樂觀者聲稱，一個(gè)穩(wěn)定的智能社會(huì)可存在幾千萬(wàn)年，如果不是永存的話。悲觀者指出，人類在幾十年前才發(fā)明了無(wú)線電技術(shù)，而人類處于毀滅自己的邊緣(通過高科技戰(zhàn)爭(zhēng)和污染)已有很長(zhǎng)時(shí)間了。

成功是無(wú)法預(yù)測(cè)的

我們還能相信N=L嗎?也許不能了。N=0如何?對(duì)許多人來說，這種極端情況是絕對(duì)不能接受的。也許這一說法有些道理：宇宙中沒有什么事物只發(fā)生一次。也許外星文明是存在的，其中一些正試圖通過無(wú)線電發(fā)射宣布自己的存在，但它們的數(shù)量可能非常非常少。

在《地球以外有人嗎?》一書的序言中，德里克寫道，他想“使人們對(duì)目前的探測(cè)活動(dòng)的結(jié)果——在近期探測(cè)到來自地外文明的信號(hào)有思想準(zhǔn)備。我期望在2000年之前得到證實(shí)的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，將深深地改變這個(gè)世界”。1996年7月在意大利卡普里島舉行的第五屆國(guó)際生物天文學(xué)會(huì)議上，德里克承認(rèn)：“也許我有點(diǎn)過于樂觀了，成功是無(wú)法預(yù)測(cè)的?！笨伎的岷湍锼稍?959年的《自然》雜志上發(fā)表的文章中已經(jīng)告訴過他這個(gè)論點(diǎn)：“成功的可能性是很難預(yù)測(cè)的，但如果我們從不探索，成功的可能就是0?！?/p>

我們離那個(gè)目標(biāo)還有很長(zhǎng)的路要走。第一項(xiàng)R十年前就已知道，我們現(xiàn)在正了解第二項(xiàng)fp。留給我們的是兩個(gè)已部分知道的因素和三個(gè)尚未知道的因素。但也許德里克方程并不在乎被徹底解開，它的真正價(jià)值可能在于那些引起深思的問題中。不確定性和好奇心將繼續(xù)使這種探索進(jìn)行許多年。也許，解決地外智能生命探索的問題不是產(chǎn)生“是不是”的結(jié)果，而是幫助我們更多地了解我們自己。