前不久,收到一位友人的邮件,附件有几篇关于“嫦娥”的文章,讲嫦娥二号已经离开拉格朗日点,飞向太阳系更加遥远的空间,预计将探测某个近地小行星,该小行星有可能撞击地球,对人类生存造成威胁。接着谈到中国未来的登月计划,例如在月球上建立天文台等。到这里都还靠谱,后面的就带着科幻色彩了,例如说半个世纪前,阿波罗宇航员就在月球上发现了外星人的遗骸,并已经将其运回美国等。其实,这不过是人类对外星人有好奇心的版本之一。

今年8月28日NASA发布的开普勒-47号星的行星系统示意图,其中行星47-c位于绿色的适居带。图中下方是作为比较的太阳系,地球与火星位于太阳系的适居带(NASA/JPL-Caltech/T. Pyle)

今年8月28日NASA发布的开普勒-47号星的行星系统示意图,其中行星47-c位于绿色的适居带。图中下方是作为比较的太阳系,地球与火星位于太阳系的适居带(NASA/JPL-Caltech/T. Pyle)

火星上有外星人的传说曾一度炒得沸沸扬扬,因为在上面观察到了“人工运河”。后来运河虽然被证明不存在,但是天体生物学将火星归入太阳系的适居带,它就成为人类探索地外生命的重点。自从今年8月好奇号成功着陆火星以来,她的一举一动都引起人们的关注。上月中,好奇号首次采集了一小撮沙土,送进“火星样品分析仪”(SAM)。全国公共广播电台(NPR)在报道中引用了火星科学实验室(MSL)项目首席科学家约翰•格拉特辛格(John Grotzinger)的话说,SAM最近收集到了可以“载入历史”的数据,引发人们对火星上发现生命迹象的热烈猜测,最后不得不由好奇号自己发微博澄清,申明“我的团队认为,这整个是‘一项载入历史’ 的使命”,好不容易让人们的心跳恢复正常。

在地球之外的另外一个行星上发现有生命存在就这样重要吗?要回答这个问题,就得谈谈费米佯谬和德雷克公式。

作为地球上唯一具有语言能力的智慧生物,在不断探究自己生存的这个“村庄”的前世今生之外,总会有人发出疑问:宇宙间有没有其他村落,居住着类似我们、或者比我们还“厉害”的生物?如果有的话,为什么我们见不到他们,他们也不来访问地球呢?

最早以科学方式提出这个问题的是费米。费米是著名的物理学家,1938年诺贝尔物理学奖得主,世界上首次实现可控核裂变的领军人物。1950年代当他还在洛斯阿拉莫斯实验室工作的时候,一天与同事们午餐时谈到飞盘与外星人。他从地球和太阳系在宇宙中并不特殊的所谓“平庸原理”出发,即使只考虑银河系,根据当时已知的恒星数量,存在智慧生命的星球也应该数量惊人。我们却没有他们的任何信息,“他们究竟在哪里呢?”这就是著名的费米佯谬。

费米佯谬引起很多科学家的关注,其中一位就是法兰克•德雷克(Frank Drake)。德雷克在上大学的时候就对外星生命问题饶有兴趣,后来从事射电天文学研究,是“寻找外星智慧”(Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI)计划最早的参与者之一。他在1961年的一次会议上提出了一个公式,用来推测银河系内存在可能与我们接触的外星高等智慧生命的数量。德雷克公式有许多版本,他们虽然表述不同,但是结果等价。下面采用的是SETI的版本:

N = R* • fp • ne • fl • fi • fc • L

公式左侧的N代表银河系内高等智慧生命的数量,条件是我们可以接收到他们所发出的电磁波信号。

公式右侧有7个变量,分别代表銀河內适合产生智慧生命的恆星形成年速率、这类恆星当中有行星系统的比率、此类恒星当中位于适居带的行星平均數、适居带上的行星發展出生命的比率、生命演化出高智慧生物的比率、高智慧生物进化到能夠释放可探测信号的比率、以及該高智慧文明能够释放可探测信号的生命周期。

随着探测技术的进步,人类搜寻地外文明的努力也在取得进展。例如大前年美国航空航天局发射的开普勒太空望远镜,就是专门用于探测恒星的类地行星。迄今为止,人们发现的宇宙行星系统已经成百上千,对它们的适居带也有办法进行估算,开普勒计划甚至还发现了双星系统里的行星,以及与任何恒星没有联系的“流浪”行星。所以,对德雷克公式7个变量里的前3个,科学界已经可以做出某种程度上的估计。

问题比较大的是后面的那4个变量。对于生命演化,我们现在只有一个样本,那就是地球。所以根据统计学原理,那4个变量还都是未知数。如果我们在位于地球适居带上的行星当中任何一个发现有、或者曾经有过生命的迹象,那么变量fl,即适居带上的行星發展出生命的比率,作为一级近似,就可以增加一倍。由此可以理解,为什么好奇号的一点进展会引起那么多人的激动

这次好奇号激起的涟漪并没有终结,人们在期待着她今后的探索结果。几个月后,好奇号将前进到盖尔环形山(Gale Crater),科学家们认为,如果早期火星曾经孕育过生命,那里是最可能出现奇迹的地方。

从罗登贝瑞的“星舰奇航”到卢卡斯的“星际大战”到刘慈欣的“三体”,都是现代地球人想象“外星人”的登峰造极之作。让我们保持那种探究与好奇的精神,说不定只有这样,地球人才有可能将自己的文明尽可能地延续下去。