放眼銀河:一個有效率地找尋外星生命的方法

作者:戴森(Freeman J. Dyson)

俄國天文學家卡達雪夫(Nikolai Kardashev)曾建議,宇宙中的文明應當分成三大類型。

第一型文明控制一顆行星的資源;第二型文明控制一顆恆星的資源;第三型文明則控制一整座星系的資源。目前我們連型一的階段都尚未達到,但是很可能在幾百年內就可以達到。

型一、型二之間,或者型二、型三之間規模及功率上的差別,都在一百億倍以上,按照人類的標準而言,實在大得難以想像;可是觀諸經濟發展的指數曲線,這道鴻構卻不用多久即可填平。

成長一百億倍(十的十次方),只消二自乘三十三次;保守估計,一個社會的年成長率以百分之一計算,不到二千五百年即可由型一過渡到型二。

由型二過渡到型三則耗時較長,因為牽涉到跨恆星間的航程。但是這段過渡時期與任何長壽社會的歷史相較,可能只像支短暫的插曲罷了。

因此卡達雪夫的結論是:如果我們果真發現外星文明,很可能它是清楚歸屬於型一、型二或型三,而不是介於其間的短暫過渡階段。

如果我們果真發現外星文明,很可能它是清楚歸屬於型一、型二或型三,

(Source:Nicholas [email protected]

長遠來說,社會技術成長面臨的唯一限制乃是內在的,社會總有各式理由來限制技術的成長──或出自於良心自覺的決定、或由於經濟停滯、或因為不感興趣。這些內在限制一旦消失,社會成長幾乎可以永遠持續下去。

社會中倘若正好擁有強烈的擴張慾望,終將擴大其帳幕之地:在幾千年內把棲息地從單一行星(型一),推進到利用整個恆星資源,而築成一個恆星生物圈(型二);在幾百萬年之內,再從單一恆星擴大到整個星系(型三)。物種一旦跨越型二的階段,即使遭遇想像中最可怕的天災人禍,也不容易滅種根絕。

因此當我們窺探宇宙之時,發現到已然擴張至型二或型三社會的或然率,將遠比畫地自限於型一的社會要高;雖然這類擴張主義社會相當罕見,一百萬個當中也許一個都還不到。

鎖定外星人的家

定義過我們可能要尋找的外星社會活動規模之後,末了我要回到一些天文學家最感興趣的問題上:這些活動有什麼看得見的結果?哪一種觀察可以給我們最佳機會去辨認他們的存在?

這些活動有什麼看得見的結果?

Source:wikipedia)

這些問題若依照第一、二、三型文明分開討論,就很方便了。

第一型文明因為恆星與恆星間距離的阻隔,除非用無線電,否則是偵測不到。發現型一文明的不二法門,就是依循科科尼和莫里遜的建議,收聽無線電信息,這也是過去二十年來,我們的天文學家賴以搜尋外太空的方法。

第二型文明可能是個強力無線電源,也可能不是。只要我們對其居民的生活方式一無所知,就無法有效估計他們電波放射的性質或容量。但有一種放射是第二型文明無可避免的;根據熱力學第二定律,利用恆星全部輸出能量的文明,勢必伴隨以廢熱形式將大半能量輻射掉。廢熱散逸至太空,形成紅外輻射,天文學家在地球上是可以測到的。

任何型二文明必然是個紅外輻射源,功率則與普通恆星的發光度相當。

紅外輻射主要的出口,是讓文明孳生的生物圈溫暖表面;如果體內含液態水的生物在裡面活著,那麼此生物圈就可假定為大致維持在地球表面的溫度,而其表面的熱輻射波長將大約在十微米一帶(約為可見光波長的二十倍)。

很幸運的,十微米左右的頻帶,正是紅外線天文學家最方便的工作波長,因為地球大氣層對它而言,相當透明。

科科尼和莫里遜開始外星智慧的科學討論之後,我就建議天文學家若要在天空中尋找人造天體,就應該從尋找十微米紅外輻射特強的光源著手。

當然,如果每次找到新的紅外光源,就聲稱獲得外星智慧的證據,顯然太過可笑。我的論點是要朝另一個方向思考:假如一個天體不是紅外光源,就不可能是第二型文明的家。

所以,我建議天文學家應先全面搜索天空,對所有紅外光源編定目錄,再細心的按圖索驥,用光學和電波望遠鏡仔細觀察目錄上的天體。採行此一策略,搜尋無線電信息的成功率必將大大提高。

電波天文學家毋須在茫茫星空中,漫無目地的尋找無線電訊號;只須集中火力,朝少數幾個準確測定的方向上洗耳恭聽便是。如果某個紅外光源恰巧又發出奇特的光學或無線電信號,那麼就可以認真考慮將它列入人造天體的候選名單。

繭星不是 ET 的家

二十年前,當我初倡此議時,紅外線天文學還在蹣跚起步階段;只有少數幾位先驅開始尋找紅外光源,用的是小型望遠鏡以及簡陋的偵測設備。曾幾何時,物換星移,紅外線天文學已走紅,成為天文學一大主流。

我無意在此邀功,那些掃描天空、編輯目錄的天文學家並不是在尋找第二型文明,他們只是在傳統天文使命上更進一步觀察,想知道天空中到底還有什麼東西,如此而已。

截至目前為止,紅外線天文學家尚未發現任何疑為人造物的天體,但他們已發現了多采多姿的自然天體—有些在我們銀河系內,有些在銀河系外;有些天體清晰易辨,有些暗晦難明。有許多是稠密的塵雲,靠著可見或不可見的熱恆星保暖。若熱恆星為不可見,這種天體稱為「繭星」(cocoon star),意即隱藏在塵繭中的恆星。

(Source:Judy Schmidt@Flickr)
有許多是稠密的塵雲,靠著可見或不可見的熱恆星保暖。(Source:Judy [email protected]

繭星出現的太空,常常也可見到明亮的新星,例如在獵戶座大星雲中。這個事實似乎意謂著:繭星乃是恆星誕生過程中,正常而短暫的階段。

表面上,繭星似乎與第二型文明有若干相似,兩者都有一顆被不透明暖雲層圍繞的恆星,而且也都有強烈的紅外輻射。

然而,為什麼繭星發現後,竟然沒有人相信型二文明會發生在繭星上呢?

第一、它們太亮,大部分繭星輻射的能量都比太陽高上百倍、千倍,這種亮度按照天文標準而言,必然屬於短命型。型二文明應該較有可能存在於像太陽這種長壽型恆星的周圍,而太陽的紅外輻射約比大多數繭星上測到的紅外輻射暗上幾百倍。

不相信繭星為人造星體的第二個理由,是它們的溫度太高,不適合生物圈存活。它們的平均溫度高於攝氏三百度,遠高過我們所知生物存活的適當溫度。

第三個原因是繭星外圍明顯可看到厚厚的稠密塵雲,我們沒有理由期望型二文明必須在其身外裹上一層煙幕。

第四,也是最具結論性的理由是,人們看見在其出現的同一個太空區域,有些新星誕生,並有大片擴散塵雲正在凝結。繭星和其左右鄰居的自然現象之間,必定存有某種因果關係,而且不利生物存活。

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本文摘自天下文化之《宇宙波瀾:科技與人類前途的自省
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戴森為二戰的核武犧牲者悲痛,
於是進一步用核能技術,
設計有益人類的 TRIGA 反應爐;
他潛心於虛無縹緲的量子世界,
也腳踏實地動手打造太空火箭;
他警告遺傳工程若失控將顛覆自然,
但也深信良好監督的遺傳工程,
將與太空旅行密不可分。
他的思路橫跨兩個世紀,
遨遊於最小的微塵與極大的星辰之間,
並誠摯的提醒世人:深耕地球,放眼銀河。
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