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载《新发现》杂志2011年第12期
科学外史(66)

寻找外星人的科学故事(一)
——从德雷克公式到SETI


江晓原
 


  有人说,现代人谈论外星人(或UFO),其实和古代人谈论神仙、妖怪是一样的。如果将这里的“一样”理解为心理上的,我想那是很有可能成立的。不过现代人和古代人有一件事情不一样——现代人有“科学”而古代人没有。
  有了科学就会有“科学研究”,而进行“科学研究”就有一系列实施的行动。没有科学的古人会“入山修道”,这实际上是一种试图寻找神仙、接近神仙的行动。而有了科学的现代“主流科学共同体”,虽然经常对于外星人这个话题嗤之以鼻,但他们有时候却也会将“科学研究”的功夫做在寻找外星人这件事情上。

德雷克公式:从1到1000000
  1960年,美国天文学家弗兰克·德雷克(Frank Drake)发起了搜寻地外文明——简称SETI(Search for Extraterrestrial Intelligence)——的第一个实验项目“奥茨玛计划”(Project Ozma)。次年第一次SETI会议在美国绿岸举行。德雷克在会议上提出了一个公式,用于估测“可能与我们接触的银河系内高等智慧文明的数量”。这个公式通常被称为“德雷克公式”(Drake equation),有时也被称为萨根(Carl Sagan)公式。公式是七项数值的乘积,表达如下:
  N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
  其中:
  N 表示银河系内可能与我们通讯的高等智慧文明数量,
  R 表示银河内恒星形成的速率,
  fp  表示恒星有行星的概率,
  ne 表示位于合适生态范围内的行星平均数量,
  fl  表示以上行星发展出生命的概率,
  fi  表示演化出高等智慧生物的概率,
  fc 表示该高等智慧生物能够进行通讯的概率,
  L 表示该高等文明的预期寿命。
  由于公式右端的七项数值中,没有任何一项可以精确计算或测量出来,都只能间接估计、推算得出,而各人的估算差异很大,所以得出的左端N值也就大相径庭。极端数值竟在1与1000000(一百万)之间。这两个极端皆有实例。
  卡尔·萨根估算出来的N值就为一百万的量级。他还相当倾向于相信外星人曾经在古代来到过地球。有趣的是,据说德雷克估算出来的N值却是1——这意味着断定宇宙中(或至少在银河系中)只有我们地球人类是唯一的高等智慧文明。十多年前我曾听过中国科学院上海天文台当时的台长赵君亮教授的一次演讲,他在演讲中逐项估算了德雷克公式右端的七项数值,最后成功地将左端的N值推算成1。所以他的结论自然就是:寻找外星人没有什么实际意义(因为银河系只有我们地球一个高等文明)。

搜寻外星人发出的无线电信号
  实施SETI计划的理论依据,是和20世纪中期天体物理学进入全新阶段的大背景密切联系在一起的。
  第二次世界大战结束之后,大量雷达天线退役废弃,不料人们发现这些天线可以用来“看”肉眼看不见的东西——人类肉眼可见光本来只是整个电磁辐射频谱中很小的一段,而雷达天线可以接受非常宽阔的辐射范围。作这种用途的雷达天线被称为“射电望远镜”,于是一门新的天文学分支“射电天文学”热力登场。一时间,射电望远镜成为非常时髦的科学仪器,西方不少天文学家甚至在自己家后院里也装置一个(有点像我们现在装的小型电视接收天线)。在20世纪50、60年代,使用射电望远镜得到了一系列重要的天文学发现,有人还凭借这方面的成果获得了诺贝尔物理学奖,“射电天文学”由此成为显学。
  在这样的背景之下,德雷克于1960年在国家射电天文台发起“奥茨玛计划”——用26米直径的射电望远镜搜寻、接收并破译外星文明的无线电辐射信号——自然是非常紧跟潮流之举。当时德雷克曾以为果真检测到了这样的信号,但后来发现这只是当时军方进行的秘密军事试验发射出来的;其余的信号都是混乱的杂音。
  那么外星人到底会不会发射无线电信号呢?这实际上也是根据地球人类的科技发展情况而作出的假设。1959年天文学家G. Cocconi和P. Morrison在Nature上发表的《寻求星际交流》一文,如今已被该领域的研究者奉为“经典中的经典”,其中提出了利用无线电搜索银河系其他文明的构想。
  德雷克的上述计划,通常被认为是最早的SETI行动,虽然没有检测到任何最初希望的信号,但也引起了其他天文学家的兴趣。70年代末,NASA曾采纳了两种SETI计划并给予资金资助,但几年之后终止了资助。其后还有别的SETI项目相继展开,并一直持续至今。比如后来有凤凰计划(Project Phoenix),它曾被认为是SETI行动中最灵敏、最全面的计划。打算有选择地仔细搜查200光年以内约1000个邻近的类日恒星——假定了这些恒星周围有可能存在可供生命生存的行星。前苏联科学界也曾对SETI表现出极大的兴趣,在1960年代也实施过一系列搜索计划。

搜寻外星人的群众运动
  大型射电望远镜虽然很先进,但它观测所得的数据浩如烟海,要及时对这些数据进行处理却成了难题——工作量实在太大了。于是人们想出一种经济可行的办法——让拥有个人电脑的普通人利用自己电脑的闲置时间来帮助处理数据。志愿参加者每次可从专用网址下载阿雷西博射电望远镜最新的观测数据,利用计算机进入屏幕保护状态时的空闲时间对这些数据进行处理,完成后可将数据发回研究人员处,再下载新的数据。研究人员称,“这好比是在一堆干草里找一根针,干草仍是那堆干草,但有许多普通人帮助,找起来可以仔细得多,所以总有一天能找到的吧——如果那根针存在的话。”当然,这项活动迄今并未取得人们期望的成果。所以也难怪许多科学家认为SETI计划是没有意义的。
  对于寻找外星文明的群众运动,天文学家萨根作出了他自己独特的贡献——写一部关于SETI的畅销小说,并将它拍成电影!
  在轰动一时的电视系列片《宇宙》将他推上文化名流的地位之后,萨根为他构想中的科幻小说《接触》(Contact)准备了一份写作计划,1980年12月5日分送9家出版社进行投标,结果西蒙—舒斯特出版社以预付200万美元稿费的出价中标。为一部尚未动笔开写的小说竟预付如此惊人的稿费,在当时实属空前之举。
  小说《接触》在签约时就预定在1984年搬上银幕拍成电影。在萨根心目中,最像样的文艺形式莫过于电影——据说这与他父亲当过电影院检票员有关,所以他对于电影《接触》的筹拍十分投入。但是在好莱坞制片人眼中,SETI这样的玩意儿毕竟不那么吸引人,和小说的惊人身价不同,《接触》的剧本在好莱坞成了流浪儿——从一个制片人手上转到另一个制片人手上,转眼十几年过去。直到1997年电影《接触》(常见的中译名是《超时空接触》)才终于公映。
  和现实中的情形不同,小说和电影中的SETI行动取得了重大成果——女主角(其实是萨根自己的化身)的研究小组真的接收到了外星发来的无线电信号,而且对这些信号解读的结果表明,这是完整的技术文件,指示地球人建造一艘光速飞船(实际上就是时空旅行机器,乘上它可以到达织女星)。于是美国政府花费了300亿美元将飞船造成,女主角艾博士争取到了乘坐飞船前往织女星的任务,她童年的梦想眼看就要成真……
  不幸的是,影片《接触》上映时,萨根已在半年前撒手人寰,他最终未能看到自己编剧的电影上映,恐怕难免抱恨终天。但是他的这部小说和同名电影,确实让SETI的名字和活动更广泛地进入了公众的视野。

                                                                                                                                                                          加入日期 20111229