圖片來源：Pixabay

有兩種尋找外星生命的方法，而一直以來，我們只關注了其中一種。

撰文 | Adam Frank

翻譯 | 張逸飛

審校 | clefable

當我們問人類在宇宙中是否孤獨時，其中的孤獨指的是什么 ?

一直以來，搜尋外星生命都是天文學中最重要的課題之一。不過，只是偶然對外星人感興趣的人可能很難意識到，這件事遠比想象中更復雜。一個核心問題就是，我們到底要尋找哪種形式的生命？在地球上，生命的形式、能力多種多樣，如果我們在宇宙中尋找外星生命的話，能將它們粗略地分成兩類：" 低等生物 " 和 " 高等生物 "。低等生物比如微生物和植物，雖然能在星球上繁衍生息，卻不像人類一樣具有自我意識并且擁有科技。而聰明一些的生物，比如我們，則可以構建覆蓋整個星球范圍的科技。

在這樣粗略的分類下，微生物、植物乃至大象都算是 " 低等 " 的。雖然對這些生物深感抱歉，但這個分類法確實非常重要，因為在宇宙中搜尋這兩類生命的方式并不相同。由于星系之間的距離太過遙遠，在可預見的未來，即使是采用人類最先進的觀測工具，我們也不可能拍得到外星球表面的圖像，比如外星上的松樹或者食蟻獸。

因此，在調查一個星球上的外星生命時，必須尋找間接的證據(jù)。首先是生物學特征，比如大氣層中同時存在氧氣和甲烷。當一個星球上存在生物圈時，這兩種氣體就會同時存在。其次是技術特征，如果一個星球的大氣中含有工業(yè)排放物，或者星球表面有大規(guī)模太陽能板產(chǎn)生的反光，這些都能向天文學家證明，在那個遙遠的星球上存在著和我們一樣擁有科技的生命。

圖片來源：Pixabay

要想將找到外星生命的幾率最大化，最理想的辦法就是同時在一個星球尋找這兩種特征。但是，由于宇宙太過龐大，能夠用于探索外星生命的時間和經(jīng)費都是有限的。一些科研項目往往需要花費數(shù)十年的時間才能有所收獲，因此科學家們在選擇搜索目標需要格外謹慎。（人類目前擁有的最新、最強大的觀測設備詹姆斯 · 韋布空間望遠鏡，耗資大約 100 億美元，這或許能讓我們對研究上的花費有一定的概念）

到目前為止，科學家在搜索外星生命的研究中，獲得的、有關 " 低等生物 " 的信息明顯比 " 高等生物 " 更多。在 NASA 的充分支持下，過去 20 年間，天文學家在明確 " 外星星球上應該具有哪些生物學特征 " 上，已經(jīng)取得了巨大的進步。這樣的成就非常振奮人心，但也可能需要付出一定的代價——因此錯過一些高等生命存在的跡象。

人類首次嘗試科學搜索外星生命的項目就是搜尋地外文明計劃，也就是 SETI（Search for ExtraTerrestrial Intelligence）。在 1960 年，天體物理學家 Frank Drake 發(fā)起了 Ozma 計劃，試圖用射電望遠鏡尋找那些喜歡向太空發(fā)射信號的高技術文明。當時，沒人能想象到有什么辦法能發(fā)現(xiàn)遙遠星系中行星上的樹木、昆蟲或是微生物，甚至沒有人知道這樣的星球是否存在。盡管數(shù)十年來，SETI 一直都是唯一的地外生命搜索項目，但它還是受到了不少嘲諷。SETI 的資金鏈也受到了影響，在過去的 40 年間，這個項目在社會各界的幫助下才得以維持。

圖片來源：Pixabay

1995 年，一項發(fā)現(xiàn)徹底改變了這場搜尋外星生命的 " 游戲 "。人類首次發(fā)現(xiàn)了一顆圍繞著類太陽恒星運動的行星。天文學家們意識到，可以通過觀察穿過地外行星大氣層的光，來直接探測星球的生物特征。其中涉及的檢測技術也被稱為 "大氣表征"（atmospheric characterization），該技術的研發(fā)也是 NASA 太空生物學項目取得的重要成就之一。近期，在該領域 10 年一度的調查中，天文學家們均認為應該將一個天基外星生命探索望遠鏡，作為最優(yōu)先的一個撥款項目。實際上，在搜索生命特征的過程中，如果我們能發(fā)現(xiàn)相關的技術特征，它通常會放在生物特征之后考慮。

這是因為尋找外星的生物特征吸引力更大。很多天文學家在開始就假定在宇宙中，生命特征的存在會比技術特征更為普遍。畢竟，如果一個星球生命都不存在，更別說演化出外星文明了。同時，根據(jù)地球的歷史——我們在生命演化問題上唯一的參考資料，基礎生命形式出現(xiàn)很久之后，才有可能會出現(xiàn)科技。早在 30 億年前，地球已經(jīng)就開始向整個宇宙展示生物特征了，但僅僅從過去幾個世紀開始，我們才具有技術特征。這意味著，在地球上技術特征存在的時間不到生命特征存在時間的 0.00001%。從這個角度來看，在觀測的外星生命中，尋找技術特征只能算是錦上添花了。

不過，僅僅從簡單的生命演化來看，很難涉及到這個問題的另一個維度。一項由美國賓夕法尼亞大學的 Jason Wright 牽頭的新研究中提出，天文學家們可能忽視了技術特征的價值。我作為 NASA 資助的技術特征搜索團隊的一員，也參與了這項研究。只關注生物特征帶來的問題是，生物特征永遠是和行星以及它的生物圈綁定在一起的。如果明天地球上所有的生命都消失的話，那么地球的生物特征也同樣會很快消失。舉例來說，地球上的氧氣就是由生命活動產(chǎn)生的，如果生命不存在了，氧氣很快就會因為化學反應回到巖石中去。

也就是說，想要探測到生物特征，我們探測的行星上需要有一個仍在運行的生物圈。然而，我們并不知道生物圈通常能存在多長時間。我們的生物圈已經(jīng)存在了超過 30 億年，這顯然已經(jīng)很幸運了。很多事件會導致生物圈消亡，比如太陽風吹散行星大氣，或是一次大規(guī)模的小行星撞擊。一旦生物圈消失，它所產(chǎn)生的生物特征也就會隨之而去。

相比之下，技術特征就沒有這些限制。實際上，太陽系中已經(jīng)充滿了地球文明所產(chǎn)生的技術特征了。僅在火星，其軌道或表面上現(xiàn)在就有超過 10 艘航天器。而在太陽系中有數(shù)以百計的太空器正在穿梭。我們甚至還向太陽系之外的宇宙空間發(fā)射了 5 艘飛船。我們向宇宙發(fā)射的每個飛行器，其存在本身就能顯示一種技術特征。更為重要的是，所有尚在運行的飛行器都在向宇宙中發(fā)送電磁波信號，盡管這些信號非常微弱，但可以想象，這種技術特征可能會被某些智慧生命探測到。

不同于生物特征，各種技術特征可以移動，并且會持續(xù)存在。例如，由于沒有空氣或水的侵蝕，阿波羅 11 號月球著陸器將能在月球上矗立數(shù)百萬年的時間。目光更長遠一點的話，如果未來我們在月球上鋪設了大規(guī)模的太陽能板，而人類文明毀于一些災難事件的話，即使我們消失很長一段時間后，這些太陽能板仍然有可能被外星文明觀察到。

與此同時，我們也可以想象一個星際文明的貨運飛船在星系之間穿梭。飛船引擎排放的塵埃、用于交流所用的密集激光甚至是廢物處理——或者如果外星人燒掉垃圾的話，這也是一種信號，可以從地球探測到。這些技術特征可以傳播到距離外星文明產(chǎn)生的行星很遠的地方（我們可以稱之為技術圈，technosphere）。一個外星文明甚至可以使用其所在的恒星系統(tǒng)中那些無法居住的星球，將它們改造成工業(yè)或能源基地。這樣的星球只會產(chǎn)生一些技術特征，而不會顯示出生物特征。

圖片來源：Pixabay

同時，技術特征也可能會非常豐富。一個外星文明和它的技術圈能生產(chǎn)數(shù)百萬甚至數(shù)以億計的物品，而每一個物品都能產(chǎn)生被檢測到的技術特征。試著想象一個比人類歷史長了千百萬年的星際文明，它或許不僅能經(jīng)常產(chǎn)出大量能釋放技術特征的物體，還可能產(chǎn)生多個技術圈。不同于生物圈，技術圈可以通過有計劃的星際移民進行擴張。基于這些先進的技術，我們可以想象那些遙遠的外星文明，可以做出怎樣有創(chuàng)造性的發(fā)明，或許在它們眼中，現(xiàn)在人類甚至還算不上是聰明的生命。

這其中也有很多存在爭議的地方。比如，批評者可能會認為，生物圈或許可以通過 " 胚種假說（panspermia）" 形成，也就是小行星撞擊時，會導致一塊帶有微生物的巖石進入宇宙，并落在了其它宜居的星球上。不過計算結果顯示，即使是在最理想的環(huán)境下，此類事件發(fā)生的概率也非常低，而與此同時，隨著一個具有星際旅行能力的文明能向整個星系傳播新的技術圈，它們可以將其技術圈擴散到一個更遙遠的世界。

即便如此，以上還都只是猜測。我們到現(xiàn)在為止還沒有發(fā)現(xiàn)任何外星生命，也就無從知曉在宇宙中高等和低等生命的比例究竟是怎樣的。或許，高技術文明在宇宙中過于稀少，找到那些低等生命的機會還是會更大。我不想在這兩者之間打賭，但我想再次強調，仍有很多東西有待發(fā)現(xiàn)。

我們課題組進行的研究可能會產(chǎn)生一個誤解，就是應該優(yōu)先基于技術特征來搜尋外星生命。但實際上，我們的結論并非如此。回顧了過去搜尋中存在的偏見以及未來的種種可能后，我們認為應該將技術特征和生物特征作為一個連續(xù)的整體。到目前為止，科學家們在設計觀測外星生命的技術時，要么針對高等生命，要么針對低等生命。但是，隨著系外行星探索技術的不斷發(fā)展，一臺望遠鏡和它上面的探測器現(xiàn)在可以被同時用于探尋這兩種生命特征。在觀測一個系外行星時，天文學家們可以在同一磁波頻段上，同時尋找生物特征和技術特征。

由于資源有限，天文學家們在搜尋外星生命時，仍然需要進行一些艱難的抉擇，但應該根據(jù)具體的搜尋情況進行選擇，而不是人為地將基于生物特征與技術特征的搜索對立起來。我們正處于一個前所未有的時刻：關于宇宙中外星生命的辯論已經(jīng)持續(xù)了幾千年，而現(xiàn)在我們有能力探尋這個問題的答案了。發(fā)現(xiàn)任何一種生命，不管它是高等的還是低等的，都會從根本上重塑我們對于自身在宇宙中所處地位的認識。讓我們尋找這一切的答案吧！