尋找外星巨廈

劉安立

有這樣一種說法：任何名副其實的外星文明，都有可能拆解它的相鄰行星來獲取建造巨大電廠所需的材料。這種說法看似極端離譜，但為了讓一些資源枯竭的外星文明得以延續(xù)和擴張，建造環(huán)繞其母恒星運行的巨大電廠以滿足日益增長的電需求，的確又不能排除這種極其驚人的說法成立的可能性。

外星人居住的戴森球社區(qū)（想象圖）

戴森球的最早提出者——物理學(xué)家戴森

正由于此，一些科學(xué)家已經(jīng)在致力于尋找這種被他們稱為“外星巨廈”的巨大電廠。但透過現(xiàn)有的紅外望遠(yuǎn)鏡看去，外星巨廈可能就像黑色的煤塊。這種尋找始于1960年。當(dāng)時，美國物理學(xué)家戴森提議把尋找外星巨廈作為一種方法來尋找外星人。60年后，在致力于尋找外星人的科學(xué)家當(dāng)中，尋找外星巨廈（即“戴森球”）的人依然不多，這是因為傾聽外星無線電信號仍然是尋找外星人的主要方法之一。

不過，一些科學(xué)家還是在堅持尋找外星巨大工程的證據(jù)。尤其是，他們已經(jīng)在科學(xué)的意義上尋找戴森球?，F(xiàn)在，他們通過仔細(xì)閱讀迄今為止最精確的宇宙地圖，尋找那些可能被巨大發(fā)電面板群環(huán)繞的恒星，并且把這些恒星與那些發(fā)出天然紅外信號的恒星區(qū)分開。他們已經(jīng)縮小了目標(biāo)范圍，甚至已經(jīng)開始認(rèn)真思考最后一大障礙：怎樣區(qū)分天然紅外信號與外星巨廈所發(fā)出的紅外信號？

外星超巨大電廠（想象圖）

目前尋找外星人的主要方式仍是探測外星無線電信號

看似簡單? 其實很難

戴森當(dāng)初的提議很粗略。他在一篇只有一頁紙的論文里提出，如果存在高度發(fā)達(dá)的外星文明，他們就可能利用母恒星的星光，在極其巨大的規(guī)模上發(fā)電，而這會給我們留下觀測線索。自那以后，一些科學(xué)家深化了戴森的這個論點。例如，一位科學(xué)家在2014年的一篇論文里寫道：能源供應(yīng)充足、持續(xù)時間長久的外星文明，其能源需求的滿足可能幾乎完全依賴恒星星光。

科學(xué)家認(rèn)為，從工程學(xué)的角度看，建造環(huán)繞恒星的巨大電廠并無嚴(yán)重的技術(shù)障礙。也就是說，與戴森球有關(guān)的物理學(xué)原理并非怪異。不過，戴森球很可能并不是一個單一的超巨大球狀建筑，而是可能由一系列環(huán)繞恒星的巨大發(fā)電面板組成，并且這些發(fā)電面板只遮擋了恒星的很小一部分。

不管戴森球是什么樣子，它們都會具有從地球上看去很明顯的觀測線索。戴森球必然會發(fā)光發(fā)熱，這樣一來它們想隱藏自己的話會很困難。事實上，尋找戴森球的科學(xué)家只需做出一個重要假定：恒星星光把戴森球加熱到一定的溫度，這一溫度高于太空背景溫度。所有溫暖物體都會發(fā)出紅外線。外星巨廈如果真實存在，就會產(chǎn)生巨量紅外線。外星巨廈會把入射的星光有效處理成紅外線發(fā)出去，這樣的紅外線數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過沒有被外星巨廈環(huán)繞的恒星所發(fā)出的天然紅外線數(shù)量。

戴森球網(wǎng)絡(luò)（3D模型）

1960年，戴森認(rèn)為外星巨廈會很顯眼，理由是很強的紅外線源在太空中很罕見。1983年發(fā)射的太空望遠(yuǎn)鏡“紅外天文衛(wèi)星”，首次在紅外波長頻段對宇宙進(jìn)行正規(guī)調(diào)查。問題是，紅外天文衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)宇宙中充滿輻射紅外線的天體：其中一些是比太陽更大更亮的恒星;另一些是被氣體和塵埃云環(huán)繞的恒星，這些云被加熱而輻射紅外線，看上去就像是戴森球發(fā)出的紅外線。也就是說，宇宙中超巨量紅外線源的存在，導(dǎo)致尋找戴森球的難度比科學(xué)家預(yù)料的難度大得多。

紅外天文望遠(yuǎn)鏡（想象圖）

真的存在外星超級文明嗎？戴森球有助于給出答案。不過，尋找戴森球的難度很大（想象圖）

戴森球會發(fā)出光和熱，這就是尋找戴森球的理論依據(jù)

光譜研究? 帶來啟示

供職于美國費米國立加速器實驗室的粒子物理學(xué)家卡里根，在2009年進(jìn)行了一場具有創(chuàng)新性的巡天觀測。當(dāng)時，他仔細(xì)研究了來自紅外天文衛(wèi)星的光譜數(shù)據(jù)。與棱鏡一樣，分光鏡會根據(jù)組分波長把來自一個光源的光細(xì)分開，從而揭示光源的性質(zhì)?？ɡ锔梅止忡R，在紅外天文衛(wèi)星的探測數(shù)據(jù)中識別了為數(shù)不多的一些恒星，這些恒星的光譜指征表明它們可能被戴森球環(huán)繞。

分光鏡

其中一顆恒星看起來希望最大。然而，科學(xué)家最終未能把它與一類常見恒星——紅巨星區(qū)分開。紅巨星老邁、明亮，發(fā)出大量紅外線。更糟糕的是，它們經(jīng)常被塵?；\罩，因此它們的模糊程度與戴森球的模糊程度相仿。卡里根未發(fā)現(xiàn)這顆恒星有塵埃跡象，但這只足以說明它可能是一顆不常見的、未被塵埃籠罩的紅巨星，而不足以說明它周圍有戴森球。

不過，這一研究具有啟示意義。研究表明，要把戴森球與具有類似光譜指征的天然現(xiàn)象區(qū)分開是多么困難。這樣的許多天然現(xiàn)象都與恒星年齡有關(guān)。例如，新生恒星形成于稠密的塵埃和氣體云內(nèi)部，而古老恒星可能噴出碳塵埃稠密層，它看起來就像是戴森球。對于尋找戴森球的科學(xué)家來說，就像模擬戴森球的自然現(xiàn)象難以全部羅列。也就是說，要想證實看起來像是外星巨廈的東西究竟是外星人所為還是非同尋常的天體物理現(xiàn)象，真是難上加難。

瑞典科學(xué)家扎克里森正在領(lǐng)導(dǎo)迄今最大的戴森球?qū)ふ翼椖俊Ｋ麄兠媾R的挑戰(zhàn)正是要剔除模仿者，而他們已經(jīng)想到了該怎么辦。雖然紅外天文衛(wèi)星在它升空的時期具有革命性，它卻不能告訴我們它探測到的紅外線源頭距離我們多遠(yuǎn)，因為紅外天文衛(wèi)星只測量亮度，而不測量距離。一顆在紅外線波長看起來明亮的恒星也許只是距離我們近，而不是發(fā)出明亮紅外線的遠(yuǎn)方戴森球。反過來，一顆恒星看起來亮度暗，很可能是因為它距離我們遠(yuǎn)，而不是因為雖然它距離我們近，但它被戴森球遮掩?？ɡ锔庾R到，通過測量我們與戴森球候選者之間的距離，有助于確定候選者身份。

紅巨星及其附近的行星（想象圖）

蓋亞望遠(yuǎn)鏡探索宇宙（想象圖）

距離也有助于識別原本就不太可能被塵埃籠罩的恒星。我們與一顆恒星之間的距離可被用來推斷這顆恒星的固有亮度，而恒星亮度與恒星年齡有關(guān)。例如，像紅巨星這樣的老邁恒星就在明亮地燃燒。年齡能揭示塵埃的存在——很年輕或很古老的恒星更可能被塵埃籠罩。扎克里森團隊意識到，根據(jù)這些關(guān)系可以識別中年的主序星，而主序星容易與被塵埃籠罩的恒星區(qū)分開。

最近發(fā)布的由歐洲空間局蓋亞空間望遠(yuǎn)鏡（簡稱蓋亞）獲得的數(shù)據(jù)，讓戴森球?qū)ふ艺叩靡钥s小搜尋范圍。蓋亞發(fā)射于2013年，其任務(wù)是測量我們與銀河系內(nèi)外超過10億顆恒星之間的距離。在此過程中，蓋亞辨識了尋找外星人的科學(xué)家渴望找尋的主序星，而它們最不可能是被塵?；\罩的恒星。蓋亞探測數(shù)據(jù)一共分三批發(fā)布，其中最后一批發(fā)布于2020年12月。扎克里森團隊感興趣的正是主序星。

新的搜尋? 任重道遠(yuǎn)

新型空間望遠(yuǎn)鏡尋找戴森球（想象圖）

扎克里森采用蓋亞數(shù)據(jù)的首批研究結(jié)果于2018年發(fā)布。他的團隊所尋找的恒星的可見亮度都太弱，與它們和我們之間的距離不匹配（換句話說，它們距離我們相對近，因此它們的亮度不該這么弱），這意味著它們可能被遮擋。其中，距離由蓋亞數(shù)據(jù)算出，亮度數(shù)據(jù)則通過地面望遠(yuǎn)鏡獲得。問題在于，光譜數(shù)據(jù)的采集需要花費大量時間，而蓋亞在這方面的幫助不大，那么通過這種方法尋找戴森球的效率自然也不高。

現(xiàn)在，扎克里森等人正在試驗一種新方法，它能讓他們搜索比之前多得多的恒星。這種新方法，就是合并蓋亞與寬視場紅外巡天探測器（簡稱魏斯）的探測數(shù)據(jù)。作為紅外天文衛(wèi)星的強力繼承者，魏斯于2009年升空。扎克里森等人聚焦的是由蓋亞識別、無塵埃環(huán)繞的主序星，尤其是紅外線亮度超過預(yù)計的恒星，而不是梳理每顆恒星的全部光譜數(shù)據(jù)。不過，雖然這些恒星是主序星，但它們的紅外線亮度并非很高。

扎克里森等人的首要目標(biāo)，是估計銀河系中戴森球的可能普遍程度。為此，他們對蓋亞和魏斯識別的每顆主序星進(jìn)行調(diào)查：如果其中有恒星被戴森球環(huán)繞，那么恒星的一些部分就會在不同時間被戴森球遮擋，因此恒星的整體紅外輻射情況會有所變化，并且由多個戴森球組成的巨大球團產(chǎn)熱更多，所發(fā)出的紅外線肯定也更多。扎克里森團隊把這類輻射指征與銀河系中恒星的實際輻射情況進(jìn)行對比，看指征匹配的恒星有多少。通過這種方法，他們估算了對恒星有不同遮擋率的各類潛在戴森球的普遍程度。

科學(xué)家已經(jīng)在思考區(qū)分戴森球和衛(wèi)星的辦法（想象圖）

行星狀星云很容易被誤作為戴森球（想象圖）

初步估算結(jié)果于2020年發(fā)布，其中包括：對恒星遮擋率為90%的戴森球，看來只出現(xiàn)在銀河系中最多一萬分之一的恒星周圍。這看來可作為一種指導(dǎo)原則，但對這些恒星樣本中一部分的深入分析表明，這些恒星當(dāng)中有一些根本就不是主序星，更不用說它們被戴森球環(huán)繞了。難道蓋亞探測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確？實際上，蓋亞是被雙星系統(tǒng)和行星狀星云等天體“騙”了——這些天體看上去的距離可能比實際距離更近或更遠(yuǎn)。但一些科學(xué)家相信，通過對蓋亞數(shù)據(jù)的更精細(xì)分析，這樣的干擾信號可以被剔除。

下一步，是對其中最有希望的對象（但其身份實際上有許多種可能性）進(jìn)行核實。方法之一是對每顆最有希望的恒星的光譜信息進(jìn)行仔細(xì)鑒別，從而能比較肯定地推斷恒星是否被塵埃環(huán)繞，以及塵埃的性質(zhì)。例如，如果一顆恒星被一種常見的塵埃——多環(huán)芳香烴塵埃環(huán)繞，那么紫外線會被吸收和在特定的紅外波長再次輻射。如果觀測到這些波長的光數(shù)量更多，就能知道有多環(huán)芳香烴塵埃存在。

很關(guān)鍵的是，如果許多波長的光均衡分布，就意味著并無塵埃環(huán)繞，那么這樣的恒星就有可能被戴森球環(huán)繞，這是由于單個戴森球或戴森球群在光譜上很均衡。

然而，要想確定一顆恒星是被戴森球環(huán)繞的話，需要排除的可能性實在太多。其實，在尋找外星生命方面，各類技術(shù)都不具有確定性，這當(dāng)然是一個大問題。但扎克里森相信，他正在主導(dǎo)的這項針對性很強的搜尋計劃最終能發(fā)現(xiàn)至少100顆，也可能多達(dá)1000顆候選恒星，然后分析其中每顆恒星的多余紅外線是由自然原因（其中包括很多種原因）造成還是由戴森球造成。當(dāng)然，實際需要分析的恒星數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止1000顆，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止1萬顆。

科學(xué)家希望，后續(xù)的光譜觀測將能提供在戴森球?qū)ふ曳矫嬖S多未解問題的答案，包括候選恒星的形態(tài)、溫度和物質(zhì)構(gòu)成，以及是否有塵埃環(huán)繞。如果戴森球?qū)ふ艺吣塬@得即將發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的寶貴觀測時段，那么有助于提高這些問題的答案精確度。不過，一旦尋找戴森球的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆可能有戴森球環(huán)繞的恒星，他們就需要向該望遠(yuǎn)鏡團隊給出足夠的理由，才可能得到該望遠(yuǎn)鏡的觀測時間。

詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡可能將參與對戴森球的搜索（想象圖）

但就算是最好的光譜數(shù)據(jù)，也不能一錘定音地斷定候選恒星確實是被戴森球環(huán)繞的。沒有任何波長能明確表明信號由外星人發(fā)出。要想確定是否有外星巨廈環(huán)繞一顆恒星，唯一辦法是偵測來自于疑似外星巨廈的外星無線電信號。扎克里森團隊計劃把他們確定的疑似附近有戴森球存在的行星名錄交給尋找外星無線電信號的團隊，甚至還需要把該名錄交給尋找外星人的所有科學(xué)家。

也有這種可能：我們可能將實際上看得見外星巨廈，而不是必須依賴紅外信號推測它的存在。通過合并多部望遠(yuǎn)鏡的探測數(shù)據(jù)，干涉儀能提高數(shù)據(jù)解析度。干涉儀已被證明能拍攝遙遠(yuǎn)恒星系統(tǒng)的驚人圖像。位于智利北部的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列干涉儀，已經(jīng)以高解析度揭示了環(huán)繞附近恒星的天然性巨大結(jié)構(gòu)，例如在行星形成后余下的殘骸盤。

早期儀器只能把這些巨大結(jié)構(gòu)辨析為模糊團塊。而有了這個干涉儀陣列，就能辨識比木星環(huán)大數(shù)千倍、由巖石組成的巨大帶狀殘骸盤。但戴森球是否看上去很特別，因而容易辨認(rèn)？這很難說，畢竟科學(xué)家直到現(xiàn)在對戴森球的模樣也只能進(jìn)行猜測。

扎克里森等人最近提出，尋找戴森球的技術(shù)已經(jīng)基本成熟，這方面的最大障礙是缺乏資金投入。這種局面可能將改觀，一些官方機構(gòu)已表示將投資尋找非外星人無線電信號的外星人技術(shù)指征，包括系外行星（位于太陽系之外的行星）表面的太陽能發(fā)電面板陣列。

在尋找戴森球方面，科學(xué)家深知挑戰(zhàn)之巨大，而且在今后相當(dāng)長時間里都一樣。但隨著科學(xué)家知道的能遮擋恒星的天然機制越來越多，他們最終排除天然機制、找到戴森球的可能性也越來越大。

新的干涉儀陣列將加入對戴森球的搜尋

戴森球

要讓我們從行星人發(fā)展成宇宙人（在各個恒星系統(tǒng)之間旅行者），地球上的能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為此，我們需要利用太陽。

水星

我們建造戴森球所需的一些材料都可以從水星發(fā)射。水星不僅距離太陽近，而且引力低，還富含鎳和鐵等金屬。

戴森球

太陽每秒燃燒的能源相當(dāng)于萬億枚核彈。在與太陽距離最近的行星——水星的軌道內(nèi)，如果比萬億還多得多、其中每顆面積為1平方千米的人造衛(wèi)星（它們共同組成一個戴森球網(wǎng)絡(luò)）都環(huán)繞太陽，其發(fā)電總量就可能為地球人提供絕對能滿足星際旅行所需的電量。事實上，太陽能的僅僅1%就相當(dāng)于我們今天能源總量的2000億倍。

太陽能反射器

在軌道里，極其巨大數(shù)量的鏡面式人造衛(wèi)星把陽光反射到太陽能反射器上。

發(fā)射人造衛(wèi)星

因為水星沒有大氣層，所以可在水星表面采用軌道炮（而無需火箭）把鏡面式人造衛(wèi)星發(fā)射進(jìn)軌道。

太陽能收集器

太陽能收集器把接收到的陽光集中發(fā)射到能源需求地，首先是水星。

提煉材料

提煉設(shè)施把開采來的金屬加工成太陽能反射器和太陽能收集器。

開采水星

完全依賴太陽能的機器人大部隊開采水星金屬。

拆解水星

一旦戴森球建造過程開始，鏡面式人造衛(wèi)星的數(shù)量就會激增。其中每顆人造衛(wèi)星都發(fā)送能源來建造另一顆人造衛(wèi)星，因此人造衛(wèi)星數(shù)量以級數(shù)增長，直到整個水星都被拆解。當(dāng)戴森球建成后，地球人就可能前往宇宙中很多地方。