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寻找外星人,新计划已经启动

2013-07-27  一林冷月...
Shea 2013-05-07 18:20

星球大战中的“死星”,或许真的存在于宇宙的某个角落。现在,天文学家已经启动多项计划,要去寻找如此规模,甚至更大规模的外星人造物。图片来源:geektyrant.com

(文/ Stephen Battersby)外星人:你们在哪里?我们找到外星智慧生命的希望似乎正变得越来越渺茫。火星和金星已经不再是我们曾经猜测的生机盎然之地。外太阳系的冰海中虽然可能存在生命,但几乎可以肯定,它们最多不过是些微生物。而对更遥远的外星人发来的无线电信号的搜索,已经让一些天文学家沮丧非常——他们甚至提议,我们应该在星际空间大声喊出“你好”,希望能促使那些“愚蠢”的外星人做出回应。

所以,我们或许要换一换思路,不应该尝试去截获外星人的通讯信号,而应该去寻找外星人留下的人造迹象。

尽管已经有了少数几个小规模的搜索项目,但是现在,由天文学家组成的3个团队正打算扫视广阔得多的宇宙空间。两个团队希望能够在闪烁的星光中看到外星工业的影子。第3个团队,就像地球上筛查瓦砾堆的考古学家一样,正在寻找外星人留下的废弃物。

他们在寻找的东西,要比燧石箭头或陶器碎片宏大得多。他们要找的,是很大很大的东西:与行星大小相当的发电站、环绕整颗恒星的环带或球壳、像太阳系那么大的计算机,或许还有巨大到组装起来能够使整个星系变暗的硬件设施。

即便是用娱乐的眼光来看,如此巨大的天体级人造物品也是够疯狂的,更不用说还要去寻找它们了。然而,基本原理却很简单。除非使用工具的种族注定会自我毁灭,否则任何存在的文明都很有可能比我们历史悠久得多,也要先进得多。

人类已经用道路和城市覆盖了地球表面的广袤地区,而且开始把探测器送往其他的行星。如果我们能在短短几百年里做到这一切,那更先进的文明在几万甚至上百万年的时间里,又能干出些什么呢?

戴森球

1960年,物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)指出,如果外星文明不断发展壮大,消耗更多能源将不可避免——而任何恒星系统中最大的能源,就是那颗恒星本身。今天我们总的能量消耗率大约相当于照到地球上的阳光总量的0.01%,因此太阳能能够轻易满足我们的所有需求。然而,如果能源需求以每年1%的速度保持增长,那么1000年内我们所需的能量,就会超出照射到地球表面的太阳能。其他的能源,例如核聚变,也解决不了这个问题,因为它们产生的废热会把地球烤焦。

外星文明遇到类似的处境,或许会开始兴建太阳能发电站、发电厂,甚至在太空中定居。通过开采小行星,然后是行星,甚至还有恒星本身的物质,他们能够真正做到向外扩张。戴森的结论是,千百万年之后,这颗恒星可能会被一个巨大的人造太阳能板球壳完全包裹。

戴森球的规模几乎是无法想象的。一个半径相当于地球轨道的球壳,表面积是地球表面积的一亿多倍。建造这么个大家伙绝非易事。几乎可以肯定,单一壳层会被排除在外,因为它需要经受住超强的应力,在引力上也是不稳定的。集群才是更合理的方案:在互不相交的轨道上建造许多大型电站,让它们可以有效地包裹住中央恒星。戴森本人不喜欢猜测细节,也不喜欢推测建造这样一个球壳的可能性。他说:“我们没有办法来判断。”重点在于,如果已有外星人建造了戴森球,我们就有机会能够发现它。

这样一个球壳会遮挡星光,让我们的肉眼看不到它,但这个球壳仍会以红外辐射的形式将废热向外发出。因此,正如卡尔·萨根(Carl Sagan)在1966年指出的那样,如果红外望远镜发现了一个温暖的天体,在可见光波段却什么都看不见的话,它就有可能是戴森球。

一些天然的天体也能产生同样的现象。非常年轻和非常年老的恒星往往被尘埃和气体包裹,后者会阻挡前者的可见光,并辐射出红外线。但是,这些天体的红外光谱应该会泄露它们的真实身份。尘埃中的硅酸盐矿物会在光谱中产生独特的宽峰,温暖气体中的分子也会在特定的波长上产生或明或暗的谱线。相比之下,来自于球壳的废热产生的应该是平滑且没有任何特征的热谱。“我们应该会期望光谱看起来很枯燥才对,”美国加利福尼亚州立理工大学的马特·波维奇(Matt Povich)说,“而且越枯燥越好。”

我们在相应波段上第一次认真地审视天空,当数1983年红外天文卫星为期10个月的巡天,已经有几位天文学家仔细筛查了它的数据。1985年,俄罗斯空间研究所的维亚切斯拉夫·斯莱什(Vyacheslav Slysh)进行了第一次尝试;2009年,美国费米国家实验室的理查德·卡里根(Richard Carrigan)则公布了最新的搜寻结果。

卡里根没有发现令人信服的戴森球存在的迹象,但他搜寻的范围实在有限。他只在地球周围1000光年以内类似太阳的恒星周围展开了搜索。对于直径10万光年的银河系而言,这只是非常小的一部分。

戴森球是假想中外星人充分利用恒星能源的终极解决方案,用大量类似太阳能板的装置将恒星完全包裹,百分百利用恒星的全部光芒。图片来源:blogspot.com

深入宇宙

很少有人加入卡里根等人的行列,去搜寻外星人造物品。原因之一在于,这样的项目很难获得资金。2012年,由一位亿万富翁建立、专门资助“大问题”研究的坦普尔顿基金会(Templeton Foundation),为它的“新前线”项目征集提案,尤其是那些由于极具探索性却毫无实用性而通常无法获得资助的项目。几位天文学家抓住了这个机会,借此来寻找外星人的迹象。2012年10月,“新前线”项目批准了3项独立的搜索计划。每项计划获得的经费虽然只有几十万美元,但他们并不需要建造新的望远镜,只要对数据进行重新分析即可。

美国宾夕法尼亚州立大学的詹森·赖特(Jason Wright)领导的一个团队,将重新分析两座空间红外天文台取得的数据,从中寻找戴森球发出的废热。这两座红外天文台分别是:2003年发射的斯皮策(Spitzer)空间望远镜,以及2009年升空的大视场红外巡天探测器(WISE)。波维奇也是团队成员之一,他会专注于在银河系内展开搜寻。得益于斯皮策和WISE的数据,波维奇现在的搜索范围比之前的卡里根大了上千倍。“举个例子,如果有一颗和太阳相当的恒星,完全被封闭一个戴森球内,无论它位于银河系的哪一个角度,我们几乎都应该能探测到它。”

按照赖特的说法,即便是如此大范围的“搜捕”,雄心或许也仍显不足。他猜测,星际旅行应该不会比建造戴森球更难。一个拥有如此高技术水平的外星文明,在几百万年的时间内就会向外扩张,殖民整个星系,在所到之处建造戴森球。“我认为,一个星际文明要消亡是十分困难的,因为求生船太多了。”赖特说,“一旦你建立起多个自给自足的殖民地,你们就将掌控整个星系——你甚至无法尝试去阻止这件事,因为你不可能协调所有殖民地的行动。”

如果这样的事情真的在银河系中发生过,那戴森球就应该无处不在才对。赖特说:“在我们的星系中去寻找一个或者少数几个戴森球,这是一件非常奇怪的事情。”

于是,他正打算进入更深邃的宇宙展开冒险。“一个被殖民的星系很快就会变得非常红,”赖特说,“因此我们正在WISE的数据中寻找大而明亮却没有光学对应体的星系。”如果一些文明已经征服银河系这么大的星系,并且这个星系整个包裹了起来(在搜寻外星文明的术语中,这种文明属于卡尔达肖夫Ⅲ型文明),这个项目就能够在10亿光年之外发现他们的超级工程。如果他们已经殖民统治了整个星系团,那就能在更远的距离上被我们探测到。

尽管作用范围极其辽阔,但探测废热这种方法本身就有局限性。如果外星人只建造了一个由收集器组成的薄环,或者建造出来的戴森球留有许多空隙,能够让大量星光通过,这种方法就探测不到任何东西了。不过,这正是另外两个探测项目的用武之地。他们将在搜寻外星行星的开普勒空间望远镜的帮助下,搜寻规模相对较小的外星文明人造物。开普勒望远镜监测着大约15万颗近距离恒星,寻找行星从恒星前方经过而造成的微弱的亮度变化,目前已发现了上千颗新的外星行星候选者。

寻找异常

美国夏威夷大学的安德鲁·霍华德(Andrew Howard)说:“我们正在寻找自然现象无法解释的特殊天体。”他与美国加利福尼亚大学伯克利分校的杰弗里·马西(Geoffrey Marcy)合作,将会寻找异乎寻常的恒星变暗模式。

美国普林斯顿大学的卢西阿尼·沃尔科维兹(Lucianne Walkowicz)领导的另一个小组,也在开普勒望远镜的数据中寻找异常现象,只不过使用的方法略有不同。她说:“他们的搜索依赖于用人眼检察光变曲线,我们的研究使用的则是机器学习算法。”

光变曲线描述的是恒星亮度随时间的变化,比如有一个物体从这颗恒星的圆面前方经过时。对于一个大小相当于气态巨行星的物体,开普勒望远镜观测到的光变曲线甚至能够告诉我们它的形状。一个木星那么大的矩形物体,肯定出自智慧生命之手。

一个木星那么大的矩形物体,肯定出自智慧生命之手,比如《太空堡垒卡拉狄加》中的这艘巨大的宇宙战舰。当然,这部科幻片中的这艘战舰,规模还远远达不到木星那么大。图片来源:deviantart.com

这样一个庞然大物存在的时间,可能比一个完整的戴森球更长久——人造物存在的时间越长久,我们探测到它的几率就越大。霍华德认为,当有不同的物体在不同的平面上绕一颗恒星旋转时,彼此间的引力会扰乱它们的轨道,因此一旦被废弃,戴森球很快就会因为不稳定而解体。然而,一个环或者一个孤立的人造物体,轨道就能够稳定存在数十亿年。

在沃尔科维兹看来,这些猜测全都是徒劳的。“人们花了大量时间,试图对外星人进行精神分析,但我们对他们的技术是什么样子一无所知。你越是尝试去想象外星人会做什么,你就越是会限制自己的眼界。”这正是她的团队不设任何前提,着眼于寻找任何奇怪东西的原因。沃尔科维兹认为,他们在几个月内就应该能够找到有趣的候选者。

那些候选者不一定就局限于“大家伙”。这些搜索会检测任何能够改变星光的东西。举例来说,用于发电或者驱动太阳帆航天器的巨型反光镜,就会产生与众不同的闪光。此外,如果外星人有能力修改恒星的物理状态,比如延长它们太阳的寿命或者生产有用的元素,恒星本身的这些人为变化也会显现出来。

沃尔科维兹说:“我们知道行星凌星、恒星黑子和耀斑看起来是什么样子,因此我们正在寻找已知的天体物理学无法解释的星光变化。”当然,只是发现一些新奇的东西,并不意味着外星人就一定在那里。所有参与研究的科学家也都乐于发现新的自然现象。对一些人来说,这才是这项搜索的价值所在。“我参与这项研究的目的,并不是希望能够找到一个戴森球,” 波维奇说,“这只是一个筛查大量数据的良机,能够给我们提供一个新的视角,来回答‘那里有些什么’这个问题。”

作为“新前期”项目的名誉顾问,戴森本人对这一切感到满意。“搜寻外星人造物不应该跟对宇宙的正常探索分隔开来,”戴森说,“我们探索琳琅满目的各种自然天体,如果有某个足够怪异的东西冒了出来,它就有可能是人造的。”

不过话说回来,对于我们来说,足够先进的技术也有可能太过怪异而无法被看到。就算是戴森球,在某种形态下,也可能很难被我们发现。未来学家罗伯特·布拉德伯里(Robert Bradbury)指出,利用天体发电的效率最高的设施,应该由一系列戴森球像俄罗斯套娃那样层层嵌套而成,让较冷的外层吸收内层发出的废热。他设想这座电站会被用来驱动一台巨大的计算机,因此他把这套系统称为俄罗斯套娃的大脑。

这样一套设施,最外层的最低温度可能只比3 K的宇宙微波背景辐射稍高那么一点点,很难通过探测热辐射的方法来发现它。或许,这样一个俄罗斯套娃的大脑就潜伏在我们附近,正在用巨大而又冰冷的智慧关注着我们,而我们对此却一无所知。

 

扩展阅读

搜寻改造行星的外星工程师

鲜有考古学家会预期,一铲子挖下去就能发现黄金战车。在茫茫宇宙之中我们身边的这个小小角落里,希望能够发现一个会使恒星变暗的巨型人造物体,比如戴森球,或许也太过乐观了一些。相反,我们周边的外星人或许会通过其他迹象,显露出他们存在的迹象。

天文学家已经开始“嗅探”几颗外星行星大气的化学构成,发现了二氧化碳、甲烷、水蒸汽和钠的谱线。这些成分是在一些轨道非常靠近母恒星的巨行星上发现的,这些条件使得它们相对容易探测。理论上讲,在一颗类似地球的行星的大气中,看到氯氟烃之类的人造气体微弱得多的光谱信号,也是有可能的。

无意中产生的大气污染,含量可能会太低而无法被我们探测到,但如果这样的污染持续几十年甚至几个世纪,我们就有可能在极其幸运的情况下发现它们。但是,这样的气体有可能会被外星人用来加热行星,把那颗行星改造成更适合他们居住的模样。“我认为,能够在遥远的星际距离上看到的东西,只有人为制造出来的全球变暖迹象,”英国东英格利亚大学的马克·克莱尔(Mark Claire)说,“如果我们打算殖民火星,或许也会考虑使用氟氯化碳或六氟化钠等气体来改造火星气候,使它变得更加温暖。”

 

编译自:《新科学家》,Alien megaprojects: The hunt has begun

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