外星文明的“星光密碼”

張唯誠

迄今，人類搜索外星文明的努力都沒有取得明顯的成效?；鹦呛徒鹦巧蠜]有人們猜測的智慧生物，外太陽系行星的冰下海洋里可能只有類似微生物的低級生命，向遙遠星系發出的人類問候也石沉大海，杳無音信。

但科學家并沒有失望，他們想到了一種完全不同的方法，就是尋找外星文明的“人造物體”?？茖W家認為，只要仔細研究閃爍的星光，包括天體的輻射，就有可能在宇宙中找到外星文明的建筑物，比如，與行星一般大小的太空電站、環繞著恒星的環和球、巨大無比的計算機等?，F在，有三個研究小組正躍躍欲試，他們將致力于研究宇宙中的星光和紅外輻射，解讀可能隱藏在“星光密碼”中的有關外星文明的蛛絲馬跡。但是，這個辦法真的有效嗎？

對外星文明的猜想

在宇宙中，除了地球文明之外究竟有沒有其他文明？如果有，它們會是怎樣的？1 9 8 4年，蘇聯天文學家尼古拉· 卡爾達舍夫發表了一篇名為《超級文明結構的必然與可能》的論文。在這篇文章中，他認為一個文明的結構是遵循一種自然的和不可避免的道路發展的。

開始時，它占據的區域很小，但接下來便會發展壯大，進而占有更廣闊的空間。于是，卡爾達舍夫斷言，宇宙中的文明如果不是注定要自我毀滅的話，它們中的絕大多數一定比人類文明古老和先進得多。想想人類，我們的道路、城市、鄉村和田野已經覆蓋了幾乎整個大陸，我們的宇宙飛船已經越過了太陽系的邊界，而做到這一切，人類只花費了幾個世紀的時間。假若一個文明已經存在了幾百萬年，甚至幾十億年，那會是怎樣一種情景呢？卡爾達舍夫由此認為，那樣的文明有可能在宇宙中布設巨大的“人造物體”，包括機械、工程、發電站等。他推測，文明存在的時間越久，那些物體所具有的體積、質量就越大，釋放的能量和信息也就越多，從而也就更容易被我們從地球上觀測到。

對那樣的文明，還有人做過描述。1 9 6 0年， 物理學家弗里曼· 戴森提出了一種名為“戴森球”的理論。他認為，一個高度發達的文明應該有能力將它們的“太陽”用一個巨大的球狀結構包圍起來，使“太陽”的幾乎所有輻射都能被截獲。因此，這個文明就能獲得充足的能源，發展到足夠高的程度。戴森設想，這樣的文明應該有能力在它們的“太陽系”中，利用從小行星和行星上獲得的材料構建圍繞恒星旋轉的“島嶼”。幾千年、幾萬年，甚至幾百萬年后，它們的“太陽”便完全被這些“島嶼”包圍起來了。

這就是“戴森球”，它是一個巨大的、環繞著恒星的“太陽能發電廠”。

在我們看來，“戴森球”的規模幾乎是難以想象的，沒有人認為完成這樣的工程是容易的。它的半徑和地球公轉軌道的半徑差不多，面積是地球表面積的1億倍?？茖W家推測，這樣大的物體更可能分散存在，與其叫它“戴森球”，還不如叫它“戴森云”。戴森并沒有仔細考慮這種建筑的細節，所以他的描述也只是建立在合理的推測上。戴森說：“我們沒有辦法評估這樣的工程?！笨茖W家推測，如果“戴森球”真的存在，它便可能將恒星的光線完全遮擋住，我們用眼睛無法看到它們。但它們會散發余熱，從而釋放紅外輻射。

1 9 6 6年，卡爾·薩根提出一個觀點，認為假如用紅外望遠鏡發現了一個發熱的天體，而在可見光波段又沒有任何影像，那么這個天體就可能是一個“戴森球”。

前所未有的紅外探測

不過，薩根的說法并不全對，因為宇宙中非人造的物體也有可能出現類似的情況。例如，非常年輕和非常古老的恒星就經常被塵埃和氣體包裹著，那些塵埃和氣體遮住了恒星的可見光，從而散發紅外輻射，這就很容易和“戴森球”相混淆。

在這種情況下，紅外輻射的光譜會幫助人們加以辨別。通常情況下，塵埃和氣體中的硅酸鹽物質會形成光譜中獨有的寬峰，而熾熱氣體中的分子也能制造出更亮和更暗的譜線。比較而言，來自“戴森球”的紅外光譜應該是光滑和單調的。所以，美國加利福尼亞州立工業大學的馬特波· 維奇說：“希望我們探測到的紅外光譜是單調的，越單調越好?！被谏鲜鲈?，科學家打算通過分析紅外光譜的數據來鑒別天體散發的余熱。這些數據分別來自兩個紅外空間望遠鏡的觀測，即2 0 0 9年發射的廣角紅外線探測望遠鏡和2 0 0 3年發射的斯皮策空間望遠鏡。另外，根據美國賓夕法尼亞州立大學的詹森·萊特的分析，一個擁有“戴森球”的外星文明至少已經存在幾百萬年，它們必定會在它們的星系中開拓殖民地，把“戴森球”從一個地方推廣到另一個地方，使得自己的地盤在星系中不斷擴張。萊特說：“一旦擁有能夠自給自足的殖民地，你就必將向整個星系擴張。你甚至沒有辦法使這種擴張停下來，因為你已經不能協調所有殖民地的行為了?！?/p>

假如這樣的事情發生在銀河系，那么我們應該可以在很多地方找到“戴森球”。萊特說：“只找到一個或者很少的‘戴森球，反而是很奇怪的?！?/p>

按照卡爾達舍夫的說法，如果一個文明掌握了整個星系的能量，那么它就屬于“第三類文明”，而次于這種文明的“第二類文明”和“第一類文明”只能掌握某一恒星和某一行星的能量。萊特相信，假如一個星系中存在“第三類文明”，那么由于“戴森球”的大量增加，星系的顏色就會越變越紅，人類的紅外觀測即使在1 0億光年之外也能發現它們。如果這種變化發生在整個星系團中，那么可觀測的距離還可以更遠。因此，萊特的研究小組計劃把他們的紅外觀測延伸到宇宙的深處。

那些古怪的星光

假如外星文明的“太陽能發電廠”只是一些很薄的環或者存在縫隙，那么必然會有星光泄漏出來。對這些泄漏出來的星光可用紅外觀測之外的方法加以研究，這便是另外兩個研究小組所要承擔的任務了。這兩個小組原計劃依靠開普勒空間望遠鏡尋找相對小一些的“人造物體”。開普勒空間望遠鏡可觀測恒星光度的微小變化，使用這種方法，它已經鎖定了很多系外行星的潛在目標。然而，由于開普勒出現了難以修復的故障，這個計劃能否順利實施目前尚存在疑問。美國夏威夷大學的天文學家安德魯· 霍華德計劃帶領他的研究小組搜尋宇宙中那些以非同尋常的方式變得暗淡的星光。他說：“我們要尋找的是一些古怪的星光變化，這樣的變化用自然現象是無法解釋的?！眅ndprint

與此同時，另一組科學家計劃通過分析數據研究恒星的光。當一個物體經過恒星表面時，它必然會遮擋一部分光線，在地球上看恒星的亮度就會暗一些。這樣的變化可以用一條光變曲線來表示，顯示恒星的光度在一段時間里發生了怎樣的變化。假如一個物體大到一定程度，比如和一顆氣體巨行星一樣大，那么靈敏的空間望遠鏡就不僅能觀測到恒星的光度變化，還能依照光變曲線猜測出它的形狀。如果這個物體不是圓形而是某種特別的形狀，例如長方形，那么就有可能是外星文明的產物了。

事實上，這種巨大且單獨存在的物體有可能比“戴森球”的壽命更長，而壽命越長，被人類觀測到的機會就越大。按照研究小組負責人、美國普林斯頓大學的盧西恩· 瓦爾克維什的說法，一個“戴森球”如果是以“戴森云”的形式存在，它的壽命會相對短一些，因為這種結構一旦被遺棄，就會不穩定，容易解體。而環或者一個單獨的整體則不容易出現這種情況，即使被遺棄在太空中，也可以存在幾十億年?？茖W家認為，針對光線的觀測和分析還有可能找到其他“人造物體”， 比如用于推動光帆飛船前進的、巨大的反光鏡等，因為它們也能產生非同尋常的閃光。一些未來學家還認為，外星文明甚至有能力利用恒星物理學的知識改造它們的“太陽”，例如延長“太陽”的壽命或者制造出有用的元素。如果是這樣，它們的恒星就會發生人為的光度變化，這樣的變化也能被我們觀測到。

不同的氣體

但是，新奇的光變現象并不全都意味著外星文明，也可能是一些自然現象，只是這些自然現象也同樣需要科學的解釋。因此，發現它們同樣也是有價值的。不過，未來學家羅伯特· 布拉德伯里還設想了另外一種情況：有些“戴森球”很可能非常難探測到。他說，就宇宙中的“太陽能發電廠”而言，最有效率的結構應該是一種“系列化”了的“戴森球”，嵌套式的，一層套著一層，由一個巨大的超級電腦控制；越靠外的層溫度越低，到最外面時可能就只有3K 了，僅比宇宙微波背景輻射高一點。這樣一來，無論是紅外觀測還是可見光觀測都很難發現它們。因此，這樣的“戴森球”即使離我們很近也很難被觀測到。

現在，天文學家已經能夠探測行星大氣的化學組成了，他們在行星大氣的光譜中尋找二氧化碳、甲烷、水蒸氣和鈉。

這些物質在一些巨行星上比較容易被觀測到，因為巨行星通常離它們的“太陽”非常近。從理論上說，這樣的探測在類地行星上同樣可以進行，尤其隨著望遠鏡性能越來越強大，觀測到類地行星的大氣組成便越來越有可能變成現實?？茖W家推測，假如有一天，人們在類地行星的大氣層中發現了人工合成的氣體，例如氯氟烴，那么就有理由相信，我們找到了一個潛在的外星文明的目標。這是因為，類似氯氟烴這類人工合成的氣體很可能被外星文明用來“加熱”行星，以使一些寒冷的行星變得適宜居住。英國東安格利亞大學的馬克· 克萊爾說：“我認為，在遙遠的星際空間里，假如真有什么暗示星際文明存在的證據，唯一可能發現的東西就是人工制造的‘全球變暖，它應該被當作星際文明存在的信號?！笨巳R爾的理由是，人類要開拓火星，最有可能的方案就是用含氯氟烴或六氟化鈉的物質去改造火星的氣候，使它變得溫暖起來。這樣的辦法如果我們能想到，那外星人為什么就不能想到呢？

延伸閱讀

科幻小說中經常提及的戴森球變體是“戴森殼”，一種環繞恒星的均勻殼體。這種結構能夠1 0 0 %攔截恒星的能量輸出，從而完全改變中心恒星的光線發射。如果其表面能夠居住的話，它能夠為設想中的人類定居點提供極大的活動空間。若在太陽系中建造一個半徑為1 天文單位的戴森殼，則其內壁上的任意一點都將接收到與地球接收到的等量的太陽輻射。該戴森殼的內壁面積至少為2.7 2×1 01 7平方千米，是地球表面積的5.5億倍。這個戴森殼將攔截全部4 . 0× 1 0 2 6瓦特的太陽能量輸出，是太陽在該階段我們可能獲取的最大能量值。這大概是人類在2 0 1 0 年消耗的全部能量的2 3 5 萬億倍。不過戴森殼也存在一些理論上的困難：這種殼體模型沒有考慮到將中心恒星包含在內的重力交互作用，可能因中心恒星的影響而發生偏移。如果這樣的偏移運動得不到糾正，最終可能導致殼體和恒星的直接碰撞，導致災難性的結果。這樣的結構需要某種形式的推進力去抵消偏移，或采用一些辦法使得殼體表面遠離恒星。endprint