【原】太空深处的智慧

太空深处的智慧：搜寻宇宙文明

地球只是人类的摇篮，但是人类不能永远生活在摇篮里，他们起初小心翼翼地穿出大气层，然后征服整个太阳系。

齐奥尔可夫斯基

宇航事业的祖师爷

如果在宇宙中确实存在许多与我们相似的智能生命，那么，我们怎样才能找到他们的踪迹？在我们当中，肯定有许多人希望有一天能够见到友善的外星人。大家会在相互的交流中学会并发现许多新的东西。我们现在要做些什么才能实现这种愿望呢？

有两种可行的方式。第一种方式是利用我们业已掌握的电磁波发送和接收技术，向太空发送有意义的信号，并静候远方的回音，或者接收从太空发来的电磁波，看一看是否有什么有意义的信号；第二种方式是向太空深处发送承载人类智慧的飞行器，期望能够与可能存在的宇宙文明做直接的接触。这两方面的工作都做过尝试。

1960年，美国正式启动了一个叫做“奥兹玛计划”的项目，尝试接收地外文明世界发出的无线电信号。奥兹玛是美国儿童文学作家莱曼·弗兰克·鲍姆的小说《奥兹玛公主》中的人物。小说描写小女孩多萝茜由于一个偶然的机会去到一个叫做“奥兹”的王国的历险故事。“奥兹”是一个非常奇特、非常遥远和难以到达的国度，在那里居住着一位名叫“奥兹玛”的美丽的公主。因此，“奥兹玛计划”的含义就是“寻找遥远的宇宙文明”。

奥兹玛计划由康乃尔大学的天文学家法兰克·德雷克主持，于1960年4月正式实施，利用西弗吉尼亚州西部绿岸镇射电天文台刚建成的一台口径为26米的射电望远镜，在21厘米的波长上接收来自太阳系附近外太空的电磁波信号，意图获得来自宇宙文明的信息。

射电望远镜 倾听来自太空深处的轻轻的叹息

我们知道，宇宙中含量最丰富的元素是氢，任何技术型的智能生命肯定会对这种元素有深入透彻的了解。21厘米波长的电磁波处于电磁波谱的微波波段，是由低温下的中性氢原子发出的。这种电磁波由于能够轻易地穿透星际空间的尘埃云，因此，在对银河系的研究中有着极其重要的作用，而光学波段的电磁波往往因受到尘埃云的吸收而无法传播得很远，致使利用光学观测研究银河系的深处受到阻碍。根据人类科学发展历史的经验，这种被称为21厘米氢线的电磁波很可能是每一个技术文明处于初级阶段就能够充分认识和有效利用的电磁波。

中性氢原子由带正电荷的质子和带负电荷的电子组成，两种粒子都有一种类似于自转的性质，称之为自旋。当电子与质子的自旋取向相互反平行时，整个原子处于最低能量的状态；当它们的自旋取向相互平行时，原子就会获得很小的附加能量。在太空深处，温度常常接近绝对零度，在这种环境下，氢原子通常都处于最低能量状态，也就是电子和质子的自旋取向相互反平行。然而，即使是在太空深处最寒冷的地方，原子也会缓慢地运动，这样，原子之间就不可避免地会发生碰撞。碰撞过程会把原子的运动动能转变成原子的内部能量，其效果就是使电子的自旋取向掉过来，变得与质子的自旋取向平行，这时，整个原子就处于一种其能量比最低能量状态的能量稍微高出一点点的状态。也就是说，碰撞过程使原子获得了一点点的附加能量。根据量子力学规则，这种能量稍微高一点的原子会自发地转变为能量更低的状态，并以光子的形式释放出它们获得的能量。由于两种状态的能量相差很小，因此，所发出的电磁波的频率很低，对应的波长为21厘米。

由德雷克领导的奥兹玛计划项目小组在三个月内把射电望远镜先后指向距地球约10光年的两颗恒星：鲸鱼座τ和波江座ε，累计监听了近两百小时，却始终没有检测到有意义的信号。

1972年，本杰明·萨克曼和派翠克·帕默共同发起奥兹玛计划二期。到1975年止，天文学家对距离地球80光年以内的600多颗恒星进行监听。然而，并没有接收到任何被认为可能来自宇宙文明的信号。

从1960年开始到1975年结束，奥兹玛计划没有取得预期的成果。虽然这一次探索以失败告终，但是，它却是人类历史上第一次有目的和有组织地尝试在太空深处寻找宇宙文明的计划。包括人类无数次科学探索的成败，奥兹玛计划的失败告诫我们，科学探索是一项艰难的和持久的智力活动，不可能轻而易举地就取得成功，有一些科学探索可能需要几代人持续不断地努力才会得到一些有价值的结果。

在奥兹玛计划实施期间，天文学家还做了一件非常重要的事情。

1963年，美国在中美洲岛国波多黎各的阿雷西博山区建造了一台巨大的射电望远镜。这台望远镜最初是为研究电离层而建造的，后来却在射电天文学的研究中做了更重要的贡献。

阿雷西博的问候 这是一台固定在山谷中的大型射电望远镜，人类用它发出第一个星际呼叫信号。

阿雷西博望远镜主要用于研究类星体、脉冲星和宇宙深处的射电源。其中最重要的研究成果是1974年由泰勒和赫尔斯发现的第一对射电脉冲双星系统。根据广义相对论，这对脉冲双星因相互绕转时会发出引力波，导致它们的绕转周期发生变化。这两位天文学家利用阿雷西博望远镜进行长时间的观测，得到了这对脉冲双星的轨道周期的大量数据，验证了广义相对论的预言，间接地证实了引力波的存在。泰勒和赫尔斯因此被授予1993年度的诺贝尔物理学奖。1991年，还是利用阿雷西博望远镜，天文学家首次发现了一个毫秒脉冲星的行星系统，这是人类探索外星文明的一次重要进展。

阿雷西博望远镜建成之后曾经进行过多次改建。最初的反射天线由金属网构成，最短的工作波长是50厘米；1974年对天线做了改建，用三万多块金属板拼接而成，工作波长达到5厘米；1980年再次进行改建，把天线的直径扩大到366米；截止到1997年的改建，望远镜能观测到的波长范围达到6米到3厘米，能够观测到更多的分子谱线。

为了庆祝1974年的那次改建，天文学家利用阿雷西博望远镜向距离地球2万5千光年的球状星团M13发射了一条寻找宇宙知音的无线电信息，信息将在2万5千年后传到这个遥远的星团。如果到那个时候那里存在与我们相似的智能生命，如果信号有幸能被他们接收到，如果他们也同样热情地给予我们回复，那么，5万年之后，我们将会收到明确的答复。可是，我们的文明能够延续到那一刻吗！与其说我们想要得到一个答复，倒不如说我们希望向未来的宇宙文明讲述我们曾经有过的辉煌，显示我们在这个宇宙中曾经存在过。

这条所谓的阿雷西博信息，由1679个二进制数字组成，包含了有关人类文明的重要信息，由弗兰克·德雷克领导的团队设计。1679这个数字只能被拆分成两个质数23和73的乘积。所以，任何接收到这条信息的文明只能将这1679个数字排列成一个矩阵。如果他们将这些数字排列成23行，得到的将是一片没有任何意义的涂鸦，但是，如果将它们排列成73行，就会得到一幅有明确意义的信息图。如果他们能够正确解读这些信息，就会 获得有关人类文明的一些基本资讯：最基本的10个十进制数字、人类DNA所包含的五种元素和DNA的基本结构、1974年人类的一些基本资料、DNA的双螺旋结构、太阳系的基本状况等。

阿雷西博信息 颜色只用作分类，信息本身是没有任何颜色的。

今天，奥兹玛计划已经落下帷幕，但是，人类探寻地外文明的新纪元才刚刚开始。就在奥兹玛计划结束之后没多久，另一项搜寻地外文明的计划揭开帷幕。

1992年，一个分析天体射电频谱的项目开始运作，它通过对由射电望远镜接收到的无线电信号进行频谱分析，以期得到可能是由外星文明发来的信息。

在地球上，每时每刻都会接收到大量来自外太空的无线电信号，这些无线电信号是太空深处的天体通过各种物理过程发射的。一般情况下，在地球上接收到的这些无线电信号都是杂乱无章的。如果在这些被接收到的信号中有一个成分是由外星文明发送过来的，这个信号成分也会被淹没在这些浩如烟海的无线电噪声中。在这些噪声本底中把那些有明确规律的信号提取出来是一件相当艰难的事情，仅仅依靠几个专业人员是根本无法完成的。

幸运的是，这个项目开始没多久，人类社会就进入了互联网时代。

如果我们是宇宙中唯一的存在，空间是多么巨大的浪费。

在进入互联网时代之后，这个项目己经不再被局限在专家们的圈子里了。1999年5月，一个利用互联网联结全世界的个人电脑共同搜寻地外智能(Search for ExtraTerrestrial Intelligence，简称SETI)的计划SETI@Home开始实施。SETI@Home计划寓意为安坐家中搜寻地外智能，由加州大学伯克利分校发起，中心平台设在伯克利空间科学实验室。在这个计划中，科学家们开发了一个软件，利用这个软件通过互联网把世界上成千上万的个人电脑联结起来共同完成搜寻地外智能的事业。项目的中心平台预先将来自射电望远镜的数据分成一个个小数据包储存在中心计算机中。世界上任何一个角落里有兴趣于探索地外文明事业的个人，只要拥有一台能上网的个人电脑，就可以到中心平台上下载并安装这个软件。连接上互联网的个人电脑只要运行这个程序，就可以在计算机空闲的时候自动通过互联网向中心计算机索取一个数据包进行分析，并将分析的结果发送回中心计算机。志愿者无需操心这个软件是如何运作的，也不用担心程序的运行会干扰电脑的常规运作，SETI@Home程序以屏保模式或后台模式进行数据分析，它只在电脑空闲的时候启动，不会影响电脑的日常工作。

Seti@Home的运行界面

自1999年5月开始运行，到2005年关闭之前，总共有500多万志愿者加盟SETI@Home，全部志愿者的个人电脑累积的工作时间超过200万年，分析了大量无线电数据，但是始终没有发现有疑似外星智能的信号。

其实，搜寻地外智能只是SETI@Home计划的其中一个目标。SETI@Home计划还有一个目标，想要通过这个计划探索分布式计算是否可行。虽然未能达成搜寻地外智能这个预期的目标，但是，通过SETI@Home的运作，充分证明了分布式计算在利用接入互联网的个人计算机进行数据分析和处理方面的可行性，并显示出这种运作方式的强大的能力，这种能力甚至超越世界上任何一台超级计算机。

2005年3月，SETI@Home宣布，逐渐停止旧平台的运行，全面转入新的BOINC计算平台。新的计算平台实际上是一个在更广泛的科研领域中支持分布式计算的平台，它所支持的分布式计算项目包括天文学、化学、物理学、生物医学、数学与计算科学、人工智能与认知科学、以及地球科学等计算密集型项目。

除了上面讲到的间接的探索方式，我们也可以采用第二种更加直截了当的方式，派遣宇宙飞船远征宇宙彼岸的文明世界。

1972年3月，先驱者10号宇宙飞船发射，它携带着一块6*9英寸的镀金铝板，上面刻着反映人类在宇宙中的位置以及人类文明现状的信息。在铭牌的一侧，刻着代表地球上的智能生物形象的一男一女的图像，其中的男子正举起右手，代表人类向可能存在的外星文明致意。先驱者10号于1973年12月到达木星附近，在对木星进行了近距离的探视之后，于1983年6月越过海王星，朝着背离银河系中心的方向飞离太阳系，成为人类文明的第一个和平使者。继先驱者10号之后，于1973年4月发射的先驱者11号带着同样的一块镀金铝板，于1974年12月接近木星，借助木星的强大引力，改变轨道飞向土星，并于1979年9月到达土星附近，在飞过土星的光环之后，向着朝向银河系中心的方向飞离太阳系。

地球的使者 先驱者号太空船上的金属铭牌。任何发现这块铭牌的外星智能生命都能推断出我们存在于何时何地。

1977年8月,旅行者2号发射，1977年9月,因发射前出现故障而延期的旅行者1号发射，它们在离开太阳系之前的一个重要任务是探测太阳系的外围行星。这两艘宇宙飞船都携带着一张镀金铜板声像唱片，被称为“地球之音”。唱片上面录制了地球上各种有代表性的声音和图片：用几十种语言给“外星人”的问候语、几十种大自然的声音、几十分钟的世界名曲以及一百多幅有关人类和大自然的照片。预计唱片可在宇宙间保存10亿年之久。在对太阳系外围行星进行了详尽的探测之后，两艘旅行者号探测器将分别向着朝向和背离银河系中心的方向飞离太阳系。

旅行者号和她的地球之音

自从先驱者号和旅行者号出发以来，四十多年过去了，这几艘承载着当前人类文明信息和对未来宇宙文明的问候的宇宙飞船已经完成了它们的前期任务，正向着广阔无垠的太空飞离太阳系，到宇宙深处寻找它们的归宿。

艺术家描绘的太空殖民计划

派遣载人宇宙飞船去拜访远方的文明将是一种最直截了当的办法。可是，由于恒星之间的巨大的距离，这样的星际旅行将是一段极其漫长的旅程，如果使用今天的能源技术和宇航技术，即使要到达最近的恒星也需要飞4万年。这就需要在宇宙飞船中建造一个模拟地球的环境，可以让人类的殖民团在经过若干代的飞行后到达遥远的星球。

生物圈二号

作为一个前瞻性的实验，20世纪80年代末，美国耗资近两亿美元在亚利桑那州图森市以北的沙漠中建造了一个实验基地：生物圈2号，这是一座完全封闭的钢架结构的玻璃建筑，是一个微型的人工生态系统。科学家希望通过实验获知，人类是否能够建造一个稳态的人工生态系统。1991年9月，八位科学家进入生物圈2号，开始了预期进行两年的科学实验。最终，由于氧气的浓度从正常占比下降到14%，研究人员被迫撤离。这个为期两年的实验，于1993年9月以失败告终。生物圈2号的失败告诉我们，在现有的技术条件下，人类还难以模拟和控制可供人类生存的大尺度的生态环境。

巨大的太空轮

也许我们可以等到将来再着手这项工作。那时候，人类将有可能开发出新的能源技术和宇航技术，使宇宙飞船加速到接近光速。这样，人类就有可能飞越数万光年的距离到达远方。尽管在地球上看，飞达目的地可能需要若干万年，但是，根据相对论，星际旅行者在宇宙飞船上只度过了短短几年的光阴，他们将成为真正的时间旅行者，飞到了我们的未来。

不过，有一点我们必须认识到，无论我们采用哪一种技术，星际旅行者都不可能再回到出发的那个时代，那个时代与他们返航的时刻可能相隔数万年。当他们或者他们的子孙返回地球的时候，我们的文明是否仍旧存在？抑或我们的文明早就毁灭了，取而代之的将是一个他们并不熟悉的新的文明！