圖片來源：Pixabay

有兩種尋找外星生命的方法，而一直以來，我們只關注了其中一種。

撰文 | Adam Frank

翻譯 | 張逸飛

審校 | clefable

當我們問人類在宇宙中是否孤獨時，其中的孤獨指的是什么 ?

一直以來，搜尋外星生命都是天文學中最重要的課題之一。不過，只是偶然對外星人感興趣的人可能很難意識到，這件事遠比想象中更復雜。一個核心問題就是，我們到底要尋找哪種形式的生命？在地球上，生命的形式、能力多種多樣，如果我們在宇宙中尋找外星生命的話，能將它們粗略地分成兩類：" 低等生物 " 和 " 高等生物 "。低等生物比如微生物和植物，雖然能在星球上繁衍生息，卻不像人類一樣具有自我意識并且擁有科技。而聰明一些的生物，比如我們，則可以構建覆蓋整個星球范圍的科技。

在這樣粗略的分類下，微生物、植物乃至大象都算是 " 低等 " 的。雖然對這些生物深感抱歉，但這個分類法確實非常重要，因為在宇宙中搜尋這兩類生命的方式并不相同。由于星系之間的距離太過遙遠，在可預見的未來，即使是采用人類最先進的觀測工具，我們也不可能拍得到外星球表面的圖像，比如外星上的松樹或者食蟻獸。

因此，在調查一個星球上的外星生命時，必須尋找間接的證據。首先是生物學特征，比如大氣層中同時存在氧氣和甲烷。當一個星球上存在生物圈時，這兩種氣體就會同時存在。其次是技術特征，如果一個星球的大氣中含有工業排放物，或者星球表面有大規模太陽能板產生的反光，這些都能向天文學家證明，在那個遙遠的星球上存在著和我們一樣擁有科技的生命。

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要想將找到外星生命的幾率最大化，最理想的辦法就是同時在一個星球尋找這兩種特征。但是，由于宇宙太過龐大，能夠用于探索外星生命的時間和經費都是有限的。一些科研項目往往需要花費數十年的時間才能有所收獲，因此科學家們在選擇搜索目標需要格外謹慎。（人類目前擁有的最新、最強大的觀測設備詹姆斯 · 韋布空間望遠鏡，耗資大約 100 億美元，這或許能讓我們對研究上的花費有一定的概念）

到目前為止，科學家在搜索外星生命的研究中，獲得的、有關 " 低等生物 " 的信息明顯比 " 高等生物 " 更多。在 NASA 的充分支持下，過去 20 年間，天文學家在明確 " 外星星球上應該具有哪些生物學特征 " 上，已經取得了巨大的進步。這樣的成就非常振奮人心，但也可能需要付出一定的代價——因此錯過一些高等生命存在的跡象。

人類首次嘗試科學搜索外星生命的項目就是搜尋地外文明計劃，也就是 SETI（Search for ExtraTerrestrial Intelligence）。在 1960 年，天體物理學家 Frank Drake 發起了 Ozma 計劃，試圖用射電望遠鏡尋找那些喜歡向太空發射信號的高技術文明。當時，沒人能想象到有什么辦法能發現遙遠星系中行星上的樹木、昆蟲或是微生物，甚至沒有人知道這樣的星球是否存在。盡管數十年來，SETI 一直都是唯一的地外生命搜索項目，但它還是受到了不少嘲諷。SETI 的資金鏈也受到了影響，在過去的 40 年間，這個項目在社會各界的幫助下才得以維持。

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1995 年，一項發現徹底改變了這場搜尋外星生命的 " 游戲 "。人類首次發現了一顆圍繞著類太陽恒星運動的行星。天文學家們意識到，可以通過觀察穿過地外行星大氣層的光，來直接探測星球的生物特征。其中涉及的檢測技術也被稱為 "大氣表征"（atmospheric characterization），該技術的研發也是 NASA 太空生物學項目取得的重要成就之一。近期，在該領域 10 年一度的調查中，天文學家們均認為應該將一個天基外星生命探索望遠鏡，作為最優先的一個撥款項目。實際上，在搜索生命特征的過程中，如果我們能發現相關的技術特征，它通常會放在生物特征之后考慮。

這是因為尋找外星的生物特征吸引力更大。很多天文學家在開始就假定在宇宙中，生命特征的存在會比技術特征更為普遍。畢竟，如果一個星球生命都不存在，更別說演化出外星文明了。同時，根據地球的歷史——我們在生命演化問題上唯一的參考資料，基礎生命形式出現很久之后，才有可能會出現科技。早在 30 億年前，地球已經就開始向整個宇宙展示生物特征了，但僅僅從過去幾個世紀開始，我們才具有技術特征。這意味著，在地球上技術特征存在的時間不到生命特征存在時間的 0.00001%。從這個角度來看，在觀測的外星生命中，尋找技術特征只能算是錦上添花了。

不過，僅僅從簡單的生命演化來看，很難涉及到這個問題的另一個維度。一項由美國賓夕法尼亞大學的 Jason Wright 牽頭的新研究中提出，天文學家們可能忽視了技術特征的價值。我作為 NASA 資助的技術特征搜索團隊的一員，也參與了這項研究。只關注生物特征帶來的問題是，生物特征永遠是和行星以及它的生物圈綁定在一起的。如果明天地球上所有的生命都消失的話，那么地球的生物特征也同樣會很快消失。舉例來說，地球上的氧氣就是由生命活動產生的，如果生命不存在了，氧氣很快就會因為化學反應回到巖石中去。

也就是說，想要探測到生物特征，我們探測的行星上需要有一個仍在運行的生物圈。然而，我們并不知道生物圈通常能存在多長時間。我們的生物圈已經存在了超過 30 億年，這顯然已經很幸運了。很多事件會導致生物圈消亡，比如太陽風吹散行星大氣，或是一次大規模的小行星撞擊。一旦生物圈消失，它所產生的生物特征也就會隨之而去。

相比之下，技術特征就沒有這些限制。實際上，太陽系中已經充滿了地球文明所產生的技術特征了。僅在火星，其軌道或表面上現在就有超過 10 艘航天器。而在太陽系中有數以百計的太空器正在穿梭。我們甚至還向太陽系之外的宇宙空間發射了 5 艘飛船。我們向宇宙發射的每個飛行器，其存在本身就能顯示一種技術特征。更為重要的是，所有尚在運行的飛行器都在向宇宙中發送電磁波信號，盡管這些信號非常微弱，但可以想象，這種技術特征可能會被某些智慧生命探測到。

不同于生物特征，各種技術特征可以移動，并且會持續存在。例如，由于沒有空氣或水的侵蝕，阿波羅 11 號月球著陸器將能在月球上矗立數百萬年的時間。目光更長遠一點的話，如果未來我們在月球上鋪設了大規模的太陽能板，而人類文明毀于一些災難事件的話，即使我們消失很長一段時間后，這些太陽能板仍然有可能被外星文明觀察到。

與此同時，我們也可以想象一個星際文明的貨運飛船在星系之間穿梭。飛船引擎排放的塵埃、用于交流所用的密集激光甚至是廢物處理——或者如果外星人燒掉垃圾的話，這也是一種信號，可以從地球探測到。這些技術特征可以傳播到距離外星文明產生的行星很遠的地方（我們可以稱之為技術圈，technosphere）。一個外星文明甚至可以使用其所在的恒星系統中那些無法居住的星球，將它們改造成工業或能源基地。這樣的星球只會產生一些技術特征，而不會顯示出生物特征。

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同時，技術特征也可能會非常豐富。一個外星文明和它的技術圈能生產數百萬甚至數以億計的物品，而每一個物品都能產生被檢測到的技術特征。試著想象一個比人類歷史長了千百萬年的星際文明，它或許不僅能經常產出大量能釋放技術特征的物體，還可能產生多個技術圈。不同于生物圈，技術圈可以通過有計劃的星際移民進行擴張。基于這些先進的技術，我們可以想象那些遙遠的外星文明，可以做出怎樣有創造性的發明，或許在它們眼中，現在人類甚至還算不上是聰明的生命。

這其中也有很多存在爭議的地方。比如，批評者可能會認為，生物圈或許可以通過 " 胚種假說（panspermia）" 形成，也就是小行星撞擊時，會導致一塊帶有微生物的巖石進入宇宙，并落在了其它宜居的星球上。不過計算結果顯示，即使是在最理想的環境下，此類事件發生的概率也非常低，而與此同時，隨著一個具有星際旅行能力的文明能向整個星系傳播新的技術圈，它們可以將其技術圈擴散到一個更遙遠的世界。

即便如此，以上還都只是猜測。我們到現在為止還沒有發現任何外星生命，也就無從知曉在宇宙中高等和低等生命的比例究竟是怎樣的。或許，高技術文明在宇宙中過于稀少，找到那些低等生命的機會還是會更大。我不想在這兩者之間打賭，但我想再次強調，仍有很多東西有待發現。

我們課題組進行的研究可能會產生一個誤解，就是應該優先基于技術特征來搜尋外星生命。但實際上，我們的結論并非如此。回顧了過去搜尋中存在的偏見以及未來的種種可能后，我們認為應該將技術特征和生物特征作為一個連續的整體。到目前為止，科學家們在設計觀測外星生命的技術時，要么針對高等生命，要么針對低等生命。但是，隨著系外行星探索技術的不斷發展，一臺望遠鏡和它上面的探測器現在可以被同時用于探尋這兩種生命特征。在觀測一個系外行星時，天文學家們可以在同一磁波頻段上，同時尋找生物特征和技術特征。

由于資源有限，天文學家們在搜尋外星生命時，仍然需要進行一些艱難的抉擇，但應該根據具體的搜尋情況進行選擇，而不是人為地將基于生物特征與技術特征的搜索對立起來。我們正處于一個前所未有的時刻：關于宇宙中外星生命的辯論已經持續了幾千年，而現在我們有能力探尋這個問題的答案了。發現任何一種生命，不管它是高等的還是低等的，都會從根本上重塑我們對于自身在宇宙中所處地位的認識。讓我們尋找這一切的答案吧！