尋找外星巨廈

劉聲遠(yuǎn)

外星人究竟在哪里？我們找到外星智能生命的希望看來越來越渺茫：火星和金星并非我們原來猜想的那樣人丁興旺；外太陽系的冰雪世界雖然可能擁有生命，但幾乎可以肯定最多不過是微生物而己：向遙遠(yuǎn)外星發(fā)出的無線電信號至今也沒有任何回音……一些天文學(xué)家在失望之余暗示我們：應(yīng)該向星際空間（恒星之間的空間）大聲呼喊“你好”，刺激“正在打瞌睡”的外星人作出回應(yīng)。

事實上，一些天文學(xué)家已經(jīng)開始進(jìn)行新的嘗試了。目前，有三個天文學(xué)家團(tuán)隊正計劃掃描廣大的空間，以期發(fā)現(xiàn)外星人或者由外星人建造的巨大工程。這些天文學(xué)家的理念是：不必再嘗試攔截外星通信，或許我們應(yīng)該找尋外星人的“物品”。

之前科學(xué)家在這方面已經(jīng)有過一些小規(guī)模的嘗試，而現(xiàn)在，三個天文學(xué)家團(tuán)隊計劃掃描廣大得多的空間。其中兩個團(tuán)隊希望在星光的明暗變化中發(fā)現(xiàn)“外星工業(yè)”的影子，第三個團(tuán)隊則希望通過篩選“外星垃圾”達(dá)到此目的。這后一種方法就好比考古學(xué)家通過篩選考古發(fā)掘出的塵土尋找古代遺跡。當(dāng)然，天文學(xué)家想要找的東西比史前的隧石箭頭或陶器碎片要宏大不知多少倍——他們要找的是行星大小的發(fā)電站，圍繞恒星的環(huán)或球，太陽系大小的電腦，甚至包括宏大到整個星系大小的硬件配置。

真有龐大到如此驚人地步的外星巨廈嗎？這聽起來令人匪夷所思，但它背后有個簡單的理念：外星文明可能比地球文明先進(jìn)不知多少倍。人類修建的道路和城市已經(jīng)遍布地球表面的許多地方，我們也已經(jīng)向其他天體發(fā)射了許多探測器，這一切不過發(fā)生在幾百年間，而外星文明可能已經(jīng)發(fā)展了好幾萬年甚至數(shù)百萬年！

美國物理學(xué)家弗里曼·戴森早在1960年就指出，如果外星文明持續(xù)發(fā)展和擴(kuò)張，它們就不可避免地將消耗越來越巨量的能源，而在任何恒星系統(tǒng)中最大的能量來源就是恒星本身。我們今天的總能量消耗相當(dāng)于到達(dá)地球的陽光數(shù)量的大約0.01%，所以太陽能完全能滿足我們的所有需求。然而，如果能量需求以每年1%的速度持續(xù)增長，那么1000年后到達(dá)地球的太陽能將無法滿足我們的能源需要。其他能量來源例如核聚變并不能解決問題，原因是產(chǎn)生的廢熱會烤干地球。

以此推想，外星文明可能已經(jīng)開始在空間建造恒星能（太陽能就是一種恒星能）電廠、工廠甚至居住地。建筑材料可能開采自小行星，接著是行星，再接著甚至可能是恒星自身。戴森的結(jié)論是：經(jīng)過幾萬或幾百萬年后，恒星可能已完全被外星人所建造的巨大球體包圍。這種球體被稱為“戴森球”。

戴森球的規(guī)模之大讓人難以想象。一個半徑類似于地球與太陽之間距離的戴森球，其面積將超過地球表面積的1億倍。建造這樣的戴森球肯定很不容易，原因是單獨一個這樣的球幾乎不可能承受極大的壓力和引力不平衡，更可能的選擇是球簇——許多巨型電站分布于環(huán)繞恒星的互不交叉的軌道上。戴森自己不愿意猜測其中的細(xì)節(jié)，也不愿意猜測戴森球是否已經(jīng)出現(xiàn)的可能性。但他指出，重要的是，如果外星人已經(jīng)建造了戴森球，那么我們就有機(jī)會看見它們。

一個巨大的球會遮擋恒星的光線，使得我們看不見這個球，但這個球仍然會以紅外輻射的方式發(fā)射廢熱。因此，正如美國著名宇宙學(xué)家卡爾·薩根在1966年指出的那樣，如果紅外望遠(yuǎn)鏡看見了一個溫暖的物體，而在可見光波長則什么也看不見，那么這個物體就可能是戴森球。

一些天然物體也可能產(chǎn)生同樣的效果。非常年輕和非常古老的恒星經(jīng)常被塵埃和氣體環(huán)繞，這些氣塵會阻擋恒星的光線并輻射紅外線。不過，物體的紅外光譜會泄露物體的秘密。塵埃中的硅酸鹽化合物會在光譜中產(chǎn)生特征明顯的寬峰，溫暖氣體中的分子會在特定波長產(chǎn)生或明或暗的光譜線，而來自戴森球的廢熱產(chǎn)生的熱光譜平滑、無特色。顯然，對于尋找外星巨廈的天文學(xué)家來說，越無趣的紅外光譜越好。

1983年，在調(diào)查天空10個月之后，“紅外天文衛(wèi)星”提供了合適波長的良好的天空圖景。一些天文學(xué)家分析了這些數(shù)據(jù)，其中包括美國費(fèi)米實驗室的理查德·卡里根，他在2009年發(fā)表了自己的最新搜索結(jié)果。不過，卡里根沒有發(fā)現(xiàn)具有說服力的紅外源，他的搜索范圍有限，只能探察類太陽恒星周圍的戴森球，而且這些恒星與地球的距離不超過1000光年。這個范圍相比銀河系來說實在太小——銀河系的直徑是10萬光年。

目前，還沒有幾個天文學(xué)家加入到卡里根的尋找戴森球的行列中，原因之一是缺乏資助。2012年，一名億萬富翁設(shè)立了“坦普爾頓基金”，專門資助“新前沿”項目——尋找外星巨廈之類的新思路。一些天文學(xué)家抓住了這個機(jī)會。2012年10月，該基金批準(zhǔn)了三項獨立的搜索計劃。其中一個項目由賓夕法尼亞大學(xué)的賈森·萊特領(lǐng)導(dǎo)，目的是通過分析來自兩部空間紅外天文臺——“寬視場紅外調(diào)查探索者”和“斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡”（分別發(fā)射于2009年和2003年）的數(shù)據(jù)尋找戴森球的廢熱。得益于上述兩部空間天文臺的探測數(shù)據(jù)，天文學(xué)家能掃描的空間范圍將比卡里根的大幾千倍。因此，如果存在一顆完全被戴森球包圍的類太陽恒星，不管它在銀河系中的什么地方，天文學(xué)家都應(yīng)該能發(fā)現(xiàn)它。

在萊特看來，就算如此大范圍的搜索也不夠雄心勃勃。他猜想，具有如此先進(jìn)技術(shù)的外星文明應(yīng)該能夠在幾百萬年內(nèi)傳遍并殖民整個星系（星際旅行應(yīng)該不會比建造戴森球更艱難），在此過程中，外星人走到哪里就在那里建造戴森球。這樣的文明很難滅絕，因為到處都可能有自給自足的救生球。如果這種情況發(fā)生在銀河系中，那么銀河系里到處都應(yīng)該有戴森球。萊特認(rèn)為，要是最終在銀河系中只發(fā)現(xiàn)了一個或幾個戴森球，那肯定會讓人大跌眼鏡。

于是，萊特的團(tuán)隊把調(diào)查目標(biāo)指向了宇宙深處。他們的邏輯是：一個已被殖民的星系一定很快就會超越平凡，前往更搶眼的星系殖民。因此，他們要在“寬視場紅外調(diào)查探索者”的探測數(shù)據(jù)中尋找一個最明亮的星系。如果某些極為聰穎的外星文明已經(jīng)征服并包圍了像銀河系這么大的星系，那么萊特團(tuán)隊就可能發(fā)現(xiàn)它們的戴森球——哪怕這些戴森球遠(yuǎn)在10億光年外。如果它們已經(jīng)殖民了一整個星系團(tuán)，哪怕它們的戴森球在更遠(yuǎn)的地方，也一樣可能被看見。

盡管能看到很遠(yuǎn)的地方，上述這種探索廢熱的方法卻有自己的缺陷——如果外星人建造的只是一條細(xì)薄的恒星能量采集器環(huán)，或者一個有很多空隙的戴森球，從而讓大量的恒星星光穿透，那么萊特團(tuán)隊是看不到它的。而這正是另外兩個天文學(xué)家團(tuán)隊的努力之所在——他們將在“開普勒號”望遠(yuǎn)鏡的幫助下，尋找相對小的外星工程。

“開普勒號”的任務(wù)是監(jiān)測地球附近的大約15萬顆恒星，探察它們的亮度改變。迄今為止，“開普勒號”通過這種方式已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾千顆新行星。

由夏威夷大學(xué)科學(xué)家安德魯·霍華德領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊和加利福尼亞大學(xué)科學(xué)家、“行星獵手”（用于稱呼發(fā)現(xiàn)了大量行星的科學(xué)家）杰弗里·馬西領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊，將一起著力尋找無法正常解釋的異常物體，采用的方法是搜索不同尋常的變暗模式。而由普林斯頓大學(xué)科學(xué)家盧仙妮·沃克維茨領(lǐng)導(dǎo)的另一個團(tuán)隊，也將在“開普勒號”的探測數(shù)據(jù)中尋找另類，但他們使用的方法略有不同——霍華德和馬西團(tuán)隊的搜索依賴人工檢視光曲線，沃克維茨團(tuán)隊則采用機(jī)器認(rèn)知的運(yùn)算法則。

光曲線表示的是恒星在一段時間里的亮度改變，例如一個物體在恒星正前方經(jīng)過時所造成的恒星亮度改變。霍華德說，如果這個物體的大小與一顆氣態(tài)巨行星相當(dāng)，來自“開普勒號”的光曲線就能揭示它的形狀：如果這個物體是木星大小的矩形，那么就可以肯定它是外星人建造的。在霍華德看來，如此巨大的外星建筑無疑能存在很長時間，它們被天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的概率也會比較高。

不過，在沃克維茨看來，上述推測毫無意義。她說，人們花了大量時間來試圖揣測外星人的心態(tài)，但我們卻連外星人的技術(shù)如何也全無概念。因此，我們對外星人會干什么的想象越多，我們的視野受限就會越嚴(yán)重。沃克維茨說她的團(tuán)隊將只尋找怪異的物體，而且候選對象不必是什么“大家伙”。他們的搜索可能探察到改變恒星星光的任何物體。如果這個物體是一面發(fā)電用的或者驅(qū)動太陽帆飛船用的巨型鏡子，那么它一定會產(chǎn)生明顯的閃耀。如果外星人有能力糊弄星際物理，例如延長它們的恒星的壽命，或者產(chǎn)生有用的元素，那么恒星的人工可變性也必將反映出來。沃克維茨預(yù)計，他們最快在幾個月后就應(yīng)該找到令人感興趣的候選對象。

當(dāng)然，僅僅發(fā)現(xiàn)某種新的奇異現(xiàn)象并不意味著外星人就在那里。但哪怕最終發(fā)現(xiàn)的只是自然現(xiàn)象，科學(xué)家們也一樣會開心，因為這樣的搜尋同樣是值得的。事實上，科學(xué)家在搜索戴森球的同時也在搜尋其他任何新的發(fā)現(xiàn)。

所有這一切都會讓戴森本人感到滿意，他目前是“新前沿”計劃的榮譽(yù)顧問。他說，對外星工程的搜尋不能與正常的宇宙探索對立起來。我們探索各式各樣的天然物體。如果某種足夠怪異的東西冒出來，它就有可能是外星人所為。

不過，也有科學(xué)家表示了他們的擔(dān)心：就算有某些形式的戴森球的確在那里，我們也未必能看出來。美國知名未來學(xué)家布蘭德里就暗示：太空電站的最有效配置是一系列互相依偎在一起的球體，這些球體分成內(nèi)外幾圈，其中外環(huán)利用內(nèi)環(huán)的廢熱。他想象這些電力供給一部巨大的電腦使用。

如此配置的外層的最低溫度，或許只比宇宙微波背景輻射的3K高一點點，這將導(dǎo)致天文學(xué)家很難從它的輻射中探知它的存在。因此，在我們不知情的情況下，外星人的電腦中心可能就潛藏在附近，正以名副其實的巨大而冷靜的智慧打量著我們。

很少有考古學(xué)家一開始發(fā)掘就指望發(fā)現(xiàn)一輛金戰(zhàn)車，因此我們也不應(yīng)太過樂觀地希望馬上就能找到戴森球。另一方面，外星人可能透過其他跡象來讓自己顯山露水。

天文學(xué)家已經(jīng)開始“嗅聞”一些太陽系外的行星的大氣層組分，并已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了二氧化碳、甲烷、水蒸氣和鈉的光譜線。這些物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)存在于近距離環(huán)繞母恒星的巨行星附近，使得這些行星相對容易探測。

理論上，用這種方法應(yīng)該也能探查到類地行星大氣層中的合成氣體（例如氯氟烴）的微弱得多的光譜線。這類氣體有可能是外星人實施全球暖化以改造星球、適于居住的跡象（有天文學(xué)家指出，地球人如果要想移民火星，或許應(yīng)該考慮用氯氟烴和六氟化鈉讓火星升溫）。

當(dāng)然，像這樣的非刻意的污染很可能只有很低的含量，我們是很難探察到它們的。如果它們只存在幾十年或幾百年，我們更是需要足夠的幸運(yùn)才能發(fā)現(xiàn)它們。

直擊外星大氣

天文學(xué)家2013年3月宣布，他們首次詳細(xì)地觀察到太陽系外一顆行星的大氣層。這也是對太陽系外的行星的化學(xué)組成進(jìn)行的最初幾次直接分析之一。在過去，天文學(xué)家只能通過觀察行星的母恒星光度的微弱變化，來推斷太陽系外的行星的存在以及行星的氣體。如今隨著觀測儀器的升級，天文學(xué)家已經(jīng)可以直接探察來自幾光年外的行星的光線。

這些數(shù)據(jù)不僅能揭示行星的存在，而且能表明行星大氣層中富含什么成分。這類信息有可能披露行星的形成過程和行星上是否存在生命。不過，天文學(xué)家此次觀察的這顆行星的大小和軌道排除了它是一個可居住世界的可能性。

上述探測標(biāo)志著探索太陽系外行星的新時代已經(jīng)到來。2008年，天文學(xué)家首次拍攝到太陽系外的一個多行星系統(tǒng)——三顆氣態(tài)巨行星環(huán)繞著恒星“HR8799”?！癏R 8799”距離地球大約130光年，位于飛馬座。這三顆行星都很炙熱、很亮。因而讓天文學(xué)家能直接探察到它們。2010年，天文學(xué)家又拍攝到了環(huán)繞“HR 8799”的第四顆行星。

在最新研究中，天文學(xué)家聚焦的是其中一顆行星“HR 8799c”。它的質(zhì)量是木星的5～10倍，與母恒星的距離是木星與太陽之間距離的大約8倍。正因為“HR 8799c”如此遠(yuǎn)離母恒星，所以天文學(xué)家能夠屏蔽掉母恒星的光線，運(yùn)用位于夏威夷的“凱克二號10米望遠(yuǎn)鏡”記錄來自“HR 8799c”的紅外光。由于不同的氣體以不同的方式吸收和發(fā)射光線，因此天文學(xué)家辨識出了一氧化碳和水，但沒有發(fā)現(xiàn)他們原本以為會有的甲烷。

在另一項研究中，天文學(xué)家運(yùn)用加利福尼亞理工學(xué)院帕羅馬天文臺的“200英寸黑爾望遠(yuǎn)鏡”，同時收集來自“HR 8799”的四顆行星大氣層的紅外光，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了行星大氣層中存在氨、甲烷、二氧化碳和乙炔的跡象。

天文學(xué)家準(zhǔn)備捕捉來自更多行星的光線。例如。2013年晚些時候，“雙子座行星成像器”將被安裝在智利的一架望遠(yuǎn)鏡上，它將尋找大約600顆恒星周圍的行星。天文學(xué)家希望相似的望遠(yuǎn)鏡能拍攝到更小的巖石行星，并從中發(fā)現(xiàn)像地球一樣的生命之星。