最癡迷外星人的天文學(xué)家

趙義成

人類(lèi)在宇宙中是孤獨(dú)的么？星空中的億萬(wàn)星辰讓我們有理由相信，人類(lèi)并不是茫茫宇宙中唯一的智慧生物。隨著人類(lèi)發(fā)展出無(wú)線(xiàn)電天文學(xué)，具備了向宇宙發(fā)送電報(bào)的能力，許多天文學(xué)家覺(jué)得，人類(lèi)應(yīng)該主動(dòng)聯(lián)系外星文明，看看會(huì)發(fā)現(xiàn)些什么。

美國(guó)天文學(xué)家弗蘭克·德雷克就是近百年來(lái)最癡迷于尋找外星文明的人，他創(chuàng)立了人類(lèi)首個(gè)正式的搜尋外星文明的計(jì)劃，寫(xiě)出了著名的“德雷克公式”，設(shè)計(jì)了外星人能夠讀懂的“阿雷西博信息”。下面我們就來(lái)看一看，他是如何探尋外星文明的。

求學(xué)經(jīng)歷

1930年，德雷克出生于美國(guó)芝加哥，17歲進(jìn)入康奈爾大學(xué)學(xué)習(xí)物理。大學(xué)二年級(jí)，德雷克選修了一門(mén)天文學(xué)課程。通過(guò)一個(gè)40厘米口徑的望遠(yuǎn)鏡，他第一次看到了太陽(yáng)系中的另一顆行星——木星，以及繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)的4顆伽利略衛(wèi)星。從此，德雷克將興趣轉(zhuǎn)向了天文學(xué)。

大學(xué)畢業(yè)后，德雷克在海軍巡洋艦短暫服役，然后來(lái)到哈佛大學(xué)學(xué)習(xí)無(wú)線(xiàn)電天文學(xué)。20世紀(jì)50年代，無(wú)線(xiàn)電天文學(xué)的威力已經(jīng)顯現(xiàn)出來(lái)，它可以研究恒星，分析其光譜，也可以研究行星——只要向行星發(fā)送無(wú)線(xiàn)電波，當(dāng)無(wú)線(xiàn)電波從行星上反彈回來(lái)的時(shí)候，會(huì)攜帶行星表面的信息。然而，仍在讀研究生的德雷克卻率先意識(shí)到，無(wú)線(xiàn)電天文學(xué)可能是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)或者接觸外星文明的第一種可行的方式。

奧茲瑪計(jì)劃

1958年，拿到博士學(xué)位的德雷克成為了美國(guó)國(guó)家無(wú)線(xiàn)電天文臺(tái)的天文學(xué)家，他開(kāi)始嘗試接收外星人發(fā)出的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。為此，德雷克提出了“奧茲瑪計(jì)劃”，這個(gè)計(jì)劃以《綠野仙蹤》的奧茲國(guó)女王——奧茲瑪來(lái)命名，寓意尋找神秘的外星文明。

1960年，奧茲瑪計(jì)劃正式實(shí)施。德雷克和工作人員使用一臺(tái)26米口徑的無(wú)線(xiàn)電望遠(yuǎn)鏡，接收來(lái)自太空的21厘米波長(zhǎng)的無(wú)線(xiàn)電波——這是因?yàn)橛钪嬷凶疃嗟脑厥菤洌魏沃腔凵紩?huì)對(duì)氫加以利用，21厘米正是氫原子發(fā)出的微波的長(zhǎng)度，選擇這個(gè)波長(zhǎng)自然最妥當(dāng)。1961年初，德雷克等人將無(wú)線(xiàn)電望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了距離太陽(yáng)系12光年的具有行星的鯨魚(yú)座T星，結(jié)果一無(wú)所獲。隨后，德雷克又把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了同樣具有行星的天苑四，仍然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何有價(jià)值的信息。不久，奧茲瑪計(jì)劃便取消了。

奧茲瑪計(jì)劃雖然失敗了，但它是人類(lèi)有史以來(lái)第一次嚴(yán)肅認(rèn)真地尋找外星文明的嘗試，有著非凡的意義。而且，德雷克并沒(méi)有灰心，他知道，自己搜尋的范圍還很狹小，不可能一朝一夕就能取得成功。

德雷克公式

奧茲瑪計(jì)劃失敗后，心有不甘的德雷克又在美國(guó)國(guó)家無(wú)線(xiàn)電天文臺(tái)組織了首屆“地外文明搜尋大會(huì)”，在這次會(huì)議上德雷克正式提出了一個(gè)長(zhǎng)期的計(jì)劃——“搜尋地外文明計(jì)劃”，號(hào)召全世界的天文學(xué)家將搜尋外星人的事業(yè)繼續(xù)下去。在組織會(huì)議時(shí)，德雷克將重要的議題記錄下來(lái)，他忽然注意到，如果每一個(gè)議題用數(shù)字來(lái)表示，然后對(duì)這些數(shù)字做處理，或許可以得到有意思的結(jié)果。在這種思想的指導(dǎo)下，德雷克提出了“德雷克公式”。

德雷克公式的具體形式如下：N =R*×fp×ne×fl×fi×fc×L，翻譯成中文就是：銀河系內(nèi)外星文明的數(shù)量=（銀河系內(nèi)恒星的數(shù)量）×（恒星具有行星的概率）×（恒星系中類(lèi)地行星的數(shù)量）×（行星孕育生命的概率）×（生命進(jìn)化出智能的概率）×（人類(lèi)能夠識(shí)別智能生命通信技術(shù)的概率）×（外星文明持續(xù)的時(shí)間在行星生命周期中占的比例）。

德雷克公式看上去比較粗糙，公式中的變量目前還很難確定，比如天文學(xué)家還無(wú)法確定銀河系內(nèi)恒星的數(shù)量，至于“行星孕育生命的概率”或者“外星文明持續(xù)的時(shí)間在行星生命周期中占的比例”更是很難用數(shù)值精確描述的。不過(guò)，這個(gè)公式在邏輯上還是比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模紤]到宇宙巨大而古老得難以想象，德雷克公式至少說(shuō)明，宇宙中存在外星文明的概率是大于0的。所以，德雷克公式并非完全沒(méi)有意義，隨著技術(shù)的改進(jìn)和數(shù)據(jù)的積累，天文學(xué)家或許能夠?qū)⒎匠讨械淖兞坑?jì)算出來(lái)，還可以修改這個(gè)方程，讓它在尋找外星文明的活動(dòng)中發(fā)揮更大的作用。

阿雷西博信息

如果有一天，我們真的找到了外星人，我們?cè)鯓雍屯庑侨私涣髂兀?974年，為了慶祝康奈爾大學(xué)的阿雷西博無(wú)線(xiàn)電望遠(yuǎn)鏡改造成功，天文學(xué)家利用該望遠(yuǎn)鏡向距離地球兩萬(wàn)光年的球狀星團(tuán)M13發(fā)射了稱(chēng)為“阿雷西博信息”的信號(hào)，信號(hào)的波長(zhǎng)為126毫米。“阿雷西博信息”是由德雷克精心編寫(xiě)的，目的在于讓收到信息的外星人了解地球文明。

能讓外星人看懂的信息應(yīng)該是什么樣子的呢？德雷克設(shè)想，如果外星人能夠接收到人類(lèi)的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，它們的智力應(yīng)該不比我們差，理解數(shù)學(xué)和圖像應(yīng)該是沒(méi)有問(wèn)題的。所以，德雷克絞盡腦汁，設(shè)計(jì)了可以用二進(jìn)制數(shù)解譯的二維圖像。

這種圖像的高度為73個(gè)單位，寬度為23個(gè)單位，每一個(gè)單位由黑色或者白色的像素組成，黑色代表數(shù)字“1”，白色代表數(shù)字“0”。借助于無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，圖像會(huì)以一串1679（即73×23）位的二進(jìn)制代碼的形式發(fā)射出去。當(dāng)外星人收到這一串二進(jìn)制代碼時(shí)，德雷克希望對(duì)方能夠?qū)?shù)字代碼翻譯成二維圖像。

即使外星人按照德雷克的意圖翻譯出了圖像，那么這個(gè)圖像又表示什么意思呢？其實(shí)，這一堆看上去零零散散的黑白像素，包含著許多與地球生命息息相關(guān)的重要信息。比如，最上面的三行黑白像素代表著數(shù)字1到10的二進(jìn)制形式（數(shù)字1在最左列，向右依次是2、3、4、5、6、7，數(shù)字8、9、10太大，各需要占用兩列來(lái)表示）;中間的位置畫(huà)出了人類(lèi)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，雙螺旋之間的兩列表示一個(gè)非常巨大的二進(jìn)制數(shù)，也就是十進(jìn)制的4294441823——這是人體DNA中核苷酸的數(shù)量;雙螺旋的下方有一個(gè)小人，它向外星人形象地描繪了人體的形狀……

然而，外星人能否看懂德雷克的心意呢？2萬(wàn)年后，“阿雷西博信息”到達(dá)M13如今所在的位置時(shí)，答案才能揭曉。