飛向宇宙、浩瀚無垠：卡爾·薩根誕辰｜科學史上的今天：11/9

1990 年，NASA 的航海家 1 號完成任務時，在 64 億公里外回首拍攝一張照片。地球，好似一粒漂浮在深空中的塵埃。該照片被命名為《蒼藍小點》（Pale Blue Dot），天文學家卡爾・薩根（Carl Sagan）隨後寫下了這段經典的語錄：

「凝視著這個淡藍小點：就是這裡。這就是家園。這就是我們。在這個小點上，每一個你愛的人，每一個你認識的人，每一個你曾聽聞的人，每一個人類、都曾經生活於此。我們一切的快樂和掙扎，萬千種引人自豪的宗教信仰、思想體系、經濟法則，每一位獵人與騎兵，每一位英雄與懦夫，每一個文明的締造者與摧毀者，每一位君王與農夫，每一對陷入愛河的年輕伴侶，每一位為人父母者、充滿希望的孩子們、發明家與探險者，每一位靈魂導師，每一位貪腐政客，每一個所謂的「超級巨星」，每一個所謂的「偉大領袖」，每一位歷史上的聖人以及罪人⋯⋯我們的一切一切，全部存在於——這顆懸浮在一束陽光中的渺小塵埃上。」

在浩瀚的宇宙中，地球確實是一粒渺小沙塵，也是我們唯一確定有智慧生命居住的世界。那麼，在茫茫太空中、銀河系的彼端、抑或是更遙遠之處，是否還有其他生命、乃至於文明正在活躍著？在這偌大而寂寥的宇宙中，人類又是否是孤獨的存在？

地球是否特別？平庸與殊異的爭辯

《蒼藍小點》這張影像意味著：地球不過是宇宙空間億萬顆星體中的一粒微塵，在近幾十年來，實驗觀測更指出宇宙比我們想像中來得更大、且正在持續擴張中。從演化論的視角來看，人類並非特別，我們所擁有的聰慧恰恰就是有機化學中基因序列的一種結果。

這些證據指向了一個事實——地球並不特別，只不過是一顆普通的行星。這樣一種看法在哲學上面被稱作「平庸原理」（mediocrity principle）。

然而，對此有不少科學家抱持反對意見，而這一系列說法被稱之為「地球殊異假說」（Rare Earth hypothesis）。他們認為，地球的形成、板塊運動、大氣、海洋、乃至於生命的誕生、演化——這些都並非輕而易舉就能產生的。英國天文學家霍伊爾（Fred Hoyle）爵士曾如此形容：

「生命自發形成的機率，宛若一陣龍捲風掃過垃圾場、從中隨機拼湊出一架波音 747 那樣渺茫。」

確實，一系列有機分子纏繞結合成蛋白質、再組成基因序列、構成原始細胞這一段程序，這機率是非常微小的。而科學家們同時也提出了地球恰恰位在「適居帶」（habitable zone），這些條件決定了生命是否得以形成並且演化：

1. 星系適居帶：恆星系統若接近星系中心，由於超大質量黑洞影響，會導致輻射、宇宙射線、以及星體撞擊的干擾，從而難以形成生命；若過於遠離核心，則會使重元素（例如：鐵、碘）難以形成，這些重元素是組成複雜生命分子的條件。太陽系位在銀河系第三旋臂上，恰好座落在適居帶。
2. 太陽系適居帶：對於一個恆星系統而言，行星與恆星的距離將主宰生命誕生的條件。比如：水星、金星溫度過高，便不適合生命形成；火星、木星外側的行星距離太陽偏遠，則不會有液態水的存在；而地球位處金星、火星之間，不僅溫度適宜、有液態水存在，更有足夠大氣層可以擋避隕石與輻射，使得碳循環得以建立，恰好符合生命形成的條件。
3. 行星適居帶：與前者類似，行星必須在恆星的一定範圍內，才能有良好的溫度環境、使得液態水可以存留。

超級適居行星的發現

所謂的「超級適居行星」（superhabitable planet），顧名思義，就是指位居在適居帶的行星。請注意，不少人常常將其誤解為「超級地球」（super-Earth），但這兩者是不一樣的。

首先，超級地球的判斷依據僅僅是質量，而非適居帶等條件，亦即比地球大出許多的岩質行星、但通常遠比天王星或海王星小。

而另一個相關的數據稱為地球相似指數（Earth Similarity Index, ESI），指的是一行星的大小、質量、溫度等條件與地球的相似程度。以地球的 ESI=1 為標竿，目前所發現 ESI 最高的行星為位在 1,075 光年外的 KOI-4878.01，其 ESI 值高達 0.98，但存在性還在評估中。

不過，ESI 值高並不代表行星中有生命（畢竟有可能遠離行星適居帶）。真正意味著有可能會有生命存在的，便是「超級適居行星」。目前，葛利斯 370b、葛利斯 581c、葛利斯 581d、葛利斯 581g、葛利斯 832c、克卜勒 22b、克卜勒 62e、克卜勒 62f、克卜勒 69c、克卜勒 186f 和克卜勒 442b 等等，皆是超級適居行星的代表。為了探究這些星球是否有生命存在，最具表性的行動莫過於「搜尋地外文明計畫」（SETI）。

地球數以萬億計的物種中，人類算得上是最具高等智慧的生物。但假設——遙遠的某顆行星上也有「智慧生命」的存在，那麼，對方是否有可能比我們先進？他們能透過量子力學的應用而發明電子產品嗎？他們能掌握陽光、電磁等能源嗎？他們是否有完善的醫療、教育、經濟、社會結構？又或者，他們是否已然可以達成人類難以觸及的瞬時旅行？

在探討這個問題之前，先讓我們回到「人類」身上。人類是因為達成了哪些「成就」，而擁有了智慧呢？

費米悖論：我們為何從未接觸過外星智慧？

或許宇宙深處已然有著科技程度比我們先進數百萬年的高等文明，那些 III 型文明或許早已可以駕馭光速飛行、甚至能掌握時空動力學跳脫距離限制到訪地球。根據「德雷克公式」（Drake equation），銀河系中可能與我們接觸的先進文明數量大約可以表示為：

其中，等號右側從左至右依序為：銀河系恆星形成速率、恆星系統有行星的可能性、位於適居帶行星的平均數目、行星上發展出生命的可能性、生命演化成為智慧文明的可能性、智慧文明得以進行通訊的可能性、以及該智慧生命的預期壽命。根據估算，可能與人類通訊的智慧文明在銀河系中最少一千、最多則高達一億個。

我們總是如此預估：在擁有 137 億年歷史的廣袤宇宙中，與地球類似的星體非常多，先進地外文明的存在性相對而言也非常高，而德瑞克公式更意味著本銀河系中便可能有成千上萬個智慧文明存在。於是，一個矛盾產生了：

既然宇宙的尺度與年齡意味著高等文明應當存在，那麼——為何這個敘述迄今沒有得到充分的科學證據支持？

更簡潔的說法，便是：

宇宙中高等文明存在的可能性極高，然而為什麼這些智慧生命至今尚未與我們接觸過？

這便是著名的「費米悖論」（Fermi paradox）。關於這項提問，也出現了各種不同的說法或解答。

第一種答案認為，目前其實並沒有外星文明存在，因為：

• 生命誕生的條件是極其稀罕的，有可能進化失敗、又或許尚未崛起（地球殊異假說）。
• 自我摧滅：智慧生命在能完成恆星際旅行之前，便可能因為核戰爭、生化戰爭、或是資源枯竭等災難而自我毀滅了。

第二種則認為，外星文明其實存在，卻因為：

• 尺度限制：受限於空間限制，使得智慧生命不容易前來；此外，也有可能是外星生命已經接獲人類的訊號，只是訊號尚未返回地球。
• 技術因素：外星文明未必比地球文明進步；又或是，人類找尋外星生命的方法有誤，也有可能外星技術現象與自然現象過於雷同而難以區辨。
• 刻意緘默：「動物園假說」（zoo hypothesis）意味著外星智慧有可能已經收到人類訊息，但為了觀察人類舉動而不願回答；或者，科幻作家劉慈欣提出的「黑暗森林法則」認為，在尚未分別對方意圖之時、為保有宇宙資源等利益，刻意隱匿行蹤，必要時可能摧毀對方文明；又或者，基於技術奇點（technological singularity），與人類差別太遠從而無法有效答覆。
• 已然接觸：外星智慧已然與人類接觸，但可能因為維度差異、或者隱匿行蹤，致使人類尚未發覺。例如文章中所提及的「馮紐曼探測器」（von Neumann probe）預示著：智慧文明可能透過奈米乃至於原子尺度的探測針、散播並且監控著地球人的舉動。

對於地外文明的探索與展望

對於探索地外文明，人類的野心從未止息。1972 年，無人探測器先鋒號裝載了一塊鍍金鋁板，其中囊括一些有關人類科技的基本訊息，例如——人類的身材面貌、氫原子躍遷圖示（用以表示長度與時間單位）、太陽系位置、以及地球的所在地等等。這塊「先鋒號鍍金鋁板」（Pioneer plaque）雖然不是第一個離開太陽系的人造物件（第一個離開太陽系的是航海家一號），但卻是第一個攜帶了人類文明訊息離開太陽系的人造物件。

如同先前提及的，SETI 或許是最具代表性的團體。1974 年，SETI 透過無線電訊息發送了知名的「阿雷西波訊息」（Arecibo message）至遠在 25,000 光年外的 M13 球狀星團。這串訊息陣列包含了：二進位數字、DNA 序列、核苷酸、雙股螺旋、人類平均身高與人口、行星系統、以及望遠鏡結構。假設 M13 星團的外星文明接收到訊息，那麼根據傳播速度推算，人類接收到回覆大約是五萬年之後的事了。

1977 年，有鑒於先鋒號刻板基礎，以薩根為主的 NASA 委員會將地球上的 55 種語言、各種大自然的聲音、不同年代的音樂，以及有關於科學、人體構造、生態、建築物、交通建設、書信文物等 116 張影像，一併收錄至一張唱片裡，其中還包括時任總統卡特（Jimmy Carter）的書面信息，再透過航海家探測器發射至太空。這張「航海家金唱片」（Voyager Golden Record）預計 4 萬年後才會到達距離太陽系 1.7 光年的地方。

雖說上述訊息目前為止都尚未得到回覆，當然，就宇宙尺度而言恐怕要等到數萬年後才會有所答覆。不過，值得一提的是，近年來天文學家透過克卜勒望遠鏡觀測到 KIC 8462852（又稱 Tabby 星、博雅吉安星）的光度有異常變化。

關於這個變化，有人認為可能是新形成的恆星塵埃造成的，但是科學家在觀測後尚未發現相關跡象；有人認為是星體碰撞下的殘骸導致的，然而克卜勒望遠鏡觀測到此情況的機會亦非常低；也有人認為是彗星群受到重力影響而朝往該恆星方向運動，不過這說法無法解釋為何光度會顯著下降。

這光度異常不規律的起伏至今仍是謎團，而所有證據彷彿指向了另一個極端的可能性——人工巨型結構（即「戴森球」）。假設該恆星系統有高等文明存在，便得以透過「戴森雲」這類結構控制恆星能量。乍聽之下似乎無比驚人，然而，目前唯有這個說法可以合理解釋光度的異常變化，因此，科學家並不否定 KIC 8462852 存在先進外星文明。

作者註：目前 KIC 8462852 的光度變化，科學界基本上已經排除戴森球的可能性

我們期待這些有關外星智慧的謎團能夠解開，也期許人類文明能在短時間內擺脫戰亂、資源枯竭等危機，從而在本世紀末順利躍升成為第 I 型文明。最後，讓我們引用 1977 年收錄在航海家金唱片中、吉米・卡特前總統的一段語錄作為總結：

「這個禮物來自於有點遙遠的世界，夾帶著屬於我們的聲音、我們的科學、我們的圖像、我們的音樂、我們的思想、以及我們的感觸。我們嘗試永存現有的時光，好讓來日得以共生於你們所處的時光中。我們期望有朝一日，能夠共同解決彼此所面臨的難題，並且聯合組成一個星系文明。這張唱片象徵著我們的希望、我們的決心、以及我們的善意——在這浩瀚且壯麗的宇宙中。」

參考文獻

• 加來道雄，《穿梭超時空》，台北：商周出版，2013
• 加來道雄，《平行宇宙》，台北：商周出版，2015
• 卡爾．薩根，《宇宙・宇宙》，台北：遠流出版事業股份有限公司，2010
• 史蒂芬．霍金，《胡桃裡的宇宙》，台北：大塊文化，2001

• 本文轉載自臺北天文館，《臺北星空》第 99 期。
• 文／許晉翊。臺北市立天文科學教育館研究員。

塵埃可能是參宿四變暗的罪魁禍首

去年年底，天文學家發現參宿四的亮度異常降低，這現象還被某些人解釋為這顆紅超巨星已幾乎沒有核燃料，即將發生超新星爆炸。不過，華盛頓大學和羅威爾天文台的天文學家認為，參宿四更可能只是正在發生其他紅超巨星也會發生的事情：拋出的外層大氣遮住了一些往地球的光線。

天文學家在二月進行的觀測數據中，發現參宿四表面平均溫度比 2004 年的測量低了 50 至 100 度，這個結果使他們更加確定其答案必為星際塵埃，若是對流胞上升至表面冷卻的話，那降幅會更為明顯。

科學家宣稱在隕石中發現了外星蛋白質

繼默奇森隕石發現胺基酸以來，在 1990 年的一塊隕石中，隱藏了更具突破性的進展，蛋白質一般是由多個胺基酸組成的，同時也是地球上幾乎所有生物體中的必要組成成分，從細胞核膜到遺傳物質 DNA 都有蛋白質的身影。在這被稱為「Acfer 086」的隕石所含有的蛋白質，被稱為血石素 (Hemolithin) ，是一種新的命名，旨在描述其具有一半血紅素 (Hemoglobin) 及一半卵磷脂 (Lecithin) 的分子結構，科學家發現的這種新蛋白質，成分中含有鐵和鋰，且氘與氫的比例與地球上的不同，基本上可以確認絕非地球上的物質。儘管研究團隊認為這是最有可能的解釋，但是他們也指出其發現的複合性分子可能不是蛋白質，而只是一種聚合物，所以現在下結論仍為之過早，但是種種跡象顯示「它」是蛋白質的機率相當高。

宇宙最早的物質可能潛藏於中子星的核心

中子星是恆星死亡後的核心塌縮而形成，中子星的質量上限約在兩個太陽質量，更大的質量將會形成黑洞，然而最近天文學家發現了少數超過這個上限的中子星。

研究團隊計算了中子星物質的狀態方程式，計算的結果描述了中子星的可能結構。結合最近 LIGO 和 VIRGO 的重力波觀測結果，更進一步揭露了許多中子星內部的訊息。根據他們的研究，這些死亡恆星的中心可能可以找到由夸克形成的核心，其含量甚至可能佔核心組成的一半以上，未來更多的中子星觀測資料將可提升或改善這項研究結果的正確性。

銀河系中也許有至少 36 個外星高等智慧文明存在

繼德瑞克方程式後，人類就一直持續在搜尋地外高等智慧文明，但長時間以來一無所獲，新的研究認為該方程式的後面幾項參數，不確定值太多，使得整個方程式的實用性降低，研究人員建立了一套新的參數及計算標準，稱為天文生物學哥白尼極限，在六種嚴格的限制條件下，得到的外星文明數量約為 36個。

若將此 36 個外星文明平均打散在銀河系中，可以得到每個文明的平均距離至少有 17,000 光年，而人類自有無線電訊號以來，也才 125 年，亦即最遠的傳播僅達125 光年，此外，無線電波在傳遞過程中也會逐漸變弱，因此，除非我們能想到如何建造無線電擴音器，並在接下來的 17,000 年都保持人類的生存及技術實力，否則我們仍無法與任何外星文明聯絡。

首次發現奇怪的冥府行星

天文學家發現一顆非常奇怪的系外行星 TOI-849b ，它位於 730 光年遠，母恆星TOI-849 與太陽非常相似。 TOI-849b 僅比海王星小一點，但質量卻是海王星的兩倍多，因此密度與地球差不多！如此高密度顯示它是岩質行星，但大小卻遠高於岩質行星的上限。這意味著它可能是非常罕見的冥府行星（Chthonia），即是大氣層已被剝離的氣體行星核心。

天文學家認為這種極靠近恆星的氣體行星，會被高熱剝離大氣，如 Gliese 3470 b 被觀測正以高速失去其大氣層。但這不足以解決 TOI-849b 大氣全部損失的原因，還有大天體碰撞等事件的可能性。另一可能原因是 TOI-849b 開始形成氣體行星時，沒有足夠的物質成為大氣。又或者是它在行星系統演化後期時形成，抑或是在原行星盤的間隙中形成的，使得沒有足夠的材料來增加大氣。研究小組計劃將繼續觀測，以確定 TOI-849b 是否還剩下任何大氣。

天文學家在本超星系團旁發現了新的長城結構

宇宙的結構並不是由隨機分佈的星系所組成，而是互纏互繞、具有藕斷絲連的特性，受到萬有引力的影響，較為靠近的星系組合成一個星系群或星系團，或隸屬於一個超星系團，這些藕斷絲連的網狀結構，又被稱為大尺度纖維狀結構，其中最大的一條被稱為武仙－北冕座長城，全長跨越 97 億光年，是目前已知最巨大的結構。新發現的纖維狀結構橫跨南極天空，至少長達 13.7 億光年，發現者將其命名為「南極長城」（South Pole Wall） ，而且南極長城的特別之處在於它離銀河系非常近，簡直就像是在我們的後院而已，僅有5億光年遠，（我們所在的結構稱為拉尼亞凱亞超星系團，直徑達5.2億光年，所以5億光年確實就像是後院的存在）換句話說，它是離我們最近的長城結構。

迄今為止質量最大的合併事件證實了中介質量黑洞的存在

在 70 億光年外，一對碰撞的黑洞產生了新的重力波，在 2019 年 5 月 21 日由 LIGO 和 VIRGO 雙重認證得知，這次的重力波事件是黑洞天文學中最受囑目的發現之一，因為該天體質量介於恆星級黑洞及超大質量黑洞之間，正是天文學家急欲尋找的中介質量黑洞，且我科技部及清華大學研究團隊亦參與其中。本次的重力波訊號與往常的訊號相比非常短，但經過艱困的比對分析後，科學家得知這是分別由 66 倍太陽質量及 85 倍太陽質量的黑洞合併而成，產物為一個約 142 倍太陽質量的黑洞，這是自發現重力波以來迄今為止最大質量的重力波源。

中介質量黑洞是黑洞系列的一個謎團，我們常發現的是恆星質量黑洞及超大質量黑洞，但是藉由重力波的觀測， GW190521 成為對於中介質量黑洞的第一次決定性的直接觀測。超大質量黑洞的形成過程仍是個謎，長久以來，科學家不清楚它們是由恆星大量坍縮聚集而成，抑或是透過一種尚未被發現的方式產生的，所以科學家一直在尋找中介質量黑洞，來填補介於兩者差異甚大的質量空隙，如今，科學家終於有證據可以證明中介質量黑洞確實存在。

歐西里斯號成功登陸貝努收集樣本

OSIRIS-REx 任務耗資 8 億美元，在 2016 年 9 月發射， 2018 年 12 月 3 日抵達500 公尺大的貝努近地小行星。經過一年多環繞研究後，團隊選擇了一個名為夜鶯（Nightingale）的小隕石坑為降落地點，因為該點表面物質的顆粒較細，且相對新鮮沒經過長期暴露於太空環境而變質。但夜鶯周圍也充滿危險，其中包括要經過一個兩層樓高，綽號厄運山（Mt. Doom）的巨石，而隕石坑內也有其他障礙物，因此太空船的目標是一個寬 8 公尺相對平坦無石塊的區域， OSIRIS-Rex 任務距離達3億公里之遙，相當不容易。臺灣本地時間 10 月 21 日 6 時 12 分歐西里斯號（OSIRISRex）號降落到近地小行星貝努（Bennu）表面，目標是從貝努表面收集至少 60 克的灰塵和碎石，預計 2023 年 9 月 24 日將樣品送回地球，以研究太陽系的起源與生命相關有機物和水的來源。中間還有一段插曲：一些岩石碎塊阻擋導致收集器無法完全閉合，使得在探測器的三公尺機械手臂末端的收集器內的小行星表面碎片樣本，一直在緩慢漏失到太空中，好在後來已經克服此狀況，且收集來的樣本也遠高於當初設定的最低目標。

阿雷西博望遠鏡的輝煌與終結

該望遠鏡於 1963 年落成啟用，阿雷西博天文臺開始運作之後，做出的科學貢獻不勝枚舉。 1964 年天文學家藉由雷達脈衝發現水星的自轉週期為 59 天，有別於原先認為的 88 天；1968 年提供了蟹狀星雲脈衝星（Crab Pulsar, PSRB0531+21，自轉週期33毫秒）存在的確切證據，也是第一顆被確認為跟超新星殘骸有關的中子星。 1974 年，天文學家法蘭克德瑞克及卡爾薩根設計了知名的阿雷西博訊息，內容包含人類的 DNA 結構，和太陽系的介紹等等，以強力的電磁波從阿雷西博天文台發送向距離地球 25000 光年的球狀星團 M13。雖然無法期待在不久的將來能收到回覆，卻是人類主動接觸外星文明的重要嘗試。 1989 年趁著小行星(4769)Castalia 經過，阿雷西博望遠鏡首次利用其功能描繪出小行星的 3D 圖像，迄今已研究過數百個近地小行星。今年的 12 月 1 日的一聲巨響，支撐平台的纜線應聲斷裂，整個接收平台、900 噸重的心臟與一個纜線塔硬生生撞入下方的碟型天線。雖然造成多大破壞還在評估，但照片與影片仍然震驚所有人，阿雷西博望遠鏡結束其 57 年傳奇的一生。

嫦娥五號返回艙帶回月壤， 40 年以來的新鮮貨

歷經 23 天的飛行，攜帶著月壤的中國嫦娥五號返回艙於 12 月 17 日凌晨 1 時 59 分安全返回地球，這是 40 年來首次收集月球樣本的任務。其返回艙在中國北部內蒙古四子王旗著陸場著陸。內蒙古地區夜間達攝氏零下 30 度，對於地面工作人員的準備是一大考驗。

嫦娥五號於 12 月 1 日登陸月球，並於兩天後開始返航，中國航天局也在月球上，升起了中國五星旗幟。此次任務是自 1976 年蘇聯「月球 24 號」任務以來的首次嘗試，使中國成為繼美國和蘇聯之後，第三個從月球上取回樣本的國家。飛船的任務是在「風暴洋」的區域收集兩公斤 (4.5磅) 的物質，該區域是一片廣闊的、此前尚未被探索過的熔岩平原。

中國的科學家們希望藉由採集回來的樣本了解月球的起源、形成以及月球表面的火山活動，並期望在 2022 年以前建立一個載人太空站，並最終將中國人送往月球。

不久前（2020 年 6 月），國內外各大媒體紛紛報導，英國諾丁漢大學（University of Nottingham）的科學家研究發現，銀河系至少應有 36 個智慧文明，吸引了許多人的眼球。無獨有偶，在 2018 年便有報導指出，英國牛津大學人類未來研究所（Future of Humanity Institute）的學者公布，人類是銀河系中唯一高等智慧物種的可能性高達 53% 至 99.6%。明明是類似的問題，相隔兩年的研究卻得出完全不同的結論，讓人看得一頭霧水。

究竟，這些關於外星文明的數量估計，是怎麼做出來的？又是否可信？我們短期內有多大機率證實外星生命的存在？寶傑你怎麼看？

費米悖論：外星人在哪兒？

科學史上關於外星文明的討論，最知名的例子，莫過於物理學家恩里科‧費米（Enrico Fermi，1901–1954）和另外三位同事──包括氫彈之父愛德華‧泰勒（Edward Teller，1908–2003）──之間的對話。

那是在 1950 年夏天的洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory）。四人於中午前往用餐時，在路上聊到當時的目擊幽浮報導，以及紐約客雜誌刊載外星人偷竊垃圾桶的漫畫，以解釋市區垃圾桶莫名消失的謎團。雖然一行人並不認為報導裡的幽浮來自外星球，但仍討論起星際旅行的可能性。

費米問泰勒：「在接下來十年內，我們有多大可能，會看到超光速物體的明確證據？」當泰勒回答百萬分之一後，費米說：「這太低了，較可能是百分之十。」當話題結束，大家圍繞餐桌坐定、開始用餐之後，費米突然又冒出一句：「所有（外星）人都到哪兒去了？」

這就是知名的費米悖論（Fermi paradox）：宇宙是這麼地遼闊，充滿數不清的恆星，總會有生命於地球之外的地方誕生；而在宇宙悠久的 138 億年歲月中，應有足夠長的時間，讓這些外星生命發展出高度智慧文明；甚至，只需要一定的太空技術，在相對宇宙壽命極短的時間內，約千萬年之譜，就能殖民整個星系。那麼，為什麼地球人完全看不到任何跡象，顯示他們存在？

主動搜尋外星訊號

儘管沒有人知道費米悖論的真確答案，卻有不少人試圖提出可能的解釋，如外星人早就來過、外星人故意不跟我們接觸、我們探索的方式不對、外星生命來不及演化出文明就滅絕了、智慧文明無法避免地會自我毀滅（值得地球人警惕！）、外星人跟我們想的不一樣、地球真的是特別的存在……等等。

然而，不用等理論解釋為什麼，實際搜尋外星人的計畫早就開始進行。

十九世紀末，古列爾莫‧馬可尼（Guglielmo Marconi，1874–1937）發明無線電報系統，利用無線電波發送和接收電碼，電報也從此不再需要靠電線傳送──鐵達尼號失事的時候，也多虧無線電報，才有許多人獲得拯救。到了二十世紀初，利用無線電波傳遞聲音的技術被發明，廣播節目開始出現在我們的生活中；此後，地球人就陸續嘗試搜尋外星人發出的電磁波訊號。

1924 年 8 月，火星軌道運行進入非常接近地球的位置，僅距離 55,777,566 公里，提供了偵測火星人的絕佳機會。天文學家大衛‧佩克‧托德（David Peck Todd）在美國軍方的幫助下，將無線電接收器設置在離地三公里的飛船上，從 8 月 21 日到 23 日共計三十六小時內，嘗試接收火星人的無線電訊號，並備有軍方的密碼學家幫忙解譯；同時，所有無線電台每逢整點都會停止發送五分鐘，避免造成干擾。只可惜，這次實驗沒有得到任何有意義的結果。

到了 1960 年，美國康乃爾大學（Cornell University）的年輕天文學家法蘭克‧德雷克（Frank Drake），利用位於西維吉尼亞州綠堤（Green Bank）的無線電望遠鏡[1]，分別觀測了距地球 10.5 光年的天苑四（Epsilon Eridani）和 11.9 光年的天倉五（Tau Ceti），花了數個月搜尋可能的外星智慧文明訊號，卻沒有任何收穫。

似乎，真的沒有外星文明發送電磁波訊號到宇宙中。不過，有此能力的外星文明多嗎？

德雷克方程式：智慧文明有多少？

1961 年 10 月底，德雷克在綠堤舉辦研討會，邀請所有想得到、對搜尋地球外智慧生命有興趣的科學家與會。然而，作為會議唯一的主辦人，德雷克被庶務忙得焦頭爛額，根本來不及安排議程。另一方面，該年度的諾貝爾化學獎得主將在會議期間公布，而謠傳中的得主正好就是會議參加者――加州大學柏克萊分校的生物化學家卡爾文[2]；德雷克還得煩惱張羅香檳，以備萬一。

因為缺乏完善的議程規劃，又為了討論更能聚焦，就在參加者報到的前一天，德雷克思考了銀河系內、有能力使用電磁波訊息交流的智慧文明數目（以字母 N 代表），並假設有七個因素決定了 N 的多寡，分別為：

• R*：銀河系中恆星形成的平均速率[3]
• f_p：恆星擁有行星的比例
• n_e：行星系中，支持生命生存的行星╱星體數量[4]
• f_l：支持生命生存的行星╱星體上，誕生生命的機率
• f_i：存在生命的行星╱星體演化出智慧生命的機率
• f_c：智慧生命文明裡，有多少比例發展出可被偵測到訊號的科技
• L：智慧文明持續向太空發送可偵測訊號的時間長度

只要把上述七個參數相乘，就能評估出銀河系中可交流智慧文明的數目――這就是知名的德雷克方程式：\( N=R^*\cdot f_p\cdot n_e\cdot f_l\cdot f_i\cdot f_c\cdot L \)

1961 年 11 月 1 日，德雷克把公式寫在會議廳的黑板上，作為議程的討論主軸；當時的他並不知道，這個方程式日後常被認為是科學史上重要的方程式之一，甚至成為現今思考外星生命存在問題的架構――就連德雷克本人都表示非常驚訝（無誤）。

德雷克公式告訴我們什麼？

德雷克公式提及的七個參數，只要有任何數值上的變動，都會大大影響我們觀測到外星智慧生命的可能性；偏偏，裡面有許多參數都難以評估，無法給出準確的數值，誤差範圍極大。

在上個世紀 60 年代，科學界只對第一個參數R*（銀河系中恆星形成的平均速率）稍有概念，也完全不清楚剩下的參數數值為何。當時，尚未有任何太陽系外行星的觀測證據，更無從推測生命誕生於系外行星的可能性。

現代，隨著科技的進步，我們對德雷克方程式裡的參數已更有概念。根據目前的觀測結果，幾乎每個恆星都擁有自己的行星；換言之，方程式的第二個參數 f_p（恆星擁有行星的比例）相當接近 1。此外，有 22% 的類太陽恆星，在適居帶擁有地球尺寸的行星──這無法完全決定第三個參數 n_e（行星系中，支持生命生存的行星╱星體數量），但很有參考價值。

至於剩下四個參數，就算到了今天，我們若不是所知有限，就是一無所知──這一點也不奇怪，畢竟人類至今唯一能拿來參照的實例，也就只有地球而已。

在 1961 年的那場會議，德雷克和其他科學家們，針對不同參數分別給出了數值範圍的預估，最後得到 N（銀河系內可交流的智慧文明數目）約在 20 到 50,000,000 之間。

從 1961 年的估計，我們可以看見，因為德雷克方程式裡的參數不確定性太大，使其幾乎不具有預測能力。若以開頭所提到、今年六月的新聞來說，雖然宣稱銀河系中有 36 個智慧文明，但只要查看論文，就會發現其範圍實際上是 4 到 211（36-32 ~ 36+175 ）；而且，研究團隊在過程中還做了許多假設，才得出這樣的數字。換句話說，只要稍微更動假設，結論就很可能天差地遠──儘管如此，在目前有限的科學證據下，最多也只能做到這樣了。

永不放棄對外星生命的探問

儘管德雷克方程式能給予我們的資訊非常有限，但其貢獻仍不可抹滅：它提供了一種看待問題的架構，將「銀河系內可交流的智慧文明數目」拆開、化簡，成為數個單純因素的組合。

自從德雷克方程式面世之後，許多人套用類似的架構，提出不同的修改版本；如麻省理工學院（MIT）教授莎拉‧西格爾（Sara Seager）就參考德雷克方程式，將「大氣層可偵測到生命印記（Biosignature）的行星數目」分解為數個參數，以推估下一個十年、我們有多大可能性主動發現這些孕育生命的系外行星。最後她發現，以現有的地球科技所及，能找到且存在生命的系外行星，可能只有兩個──在不考慮誤差的狀況下，情況並不樂觀。

至於費米悖論，目前雖然尚無法得到解答，但依據近年的觀測證據，再加上對德雷克方程式、和其他修改版的估計，或許，我們無法太過理想性地認為，銀河系充滿了智慧生命等待交流──考量到宇宙漫長的歷史、與無窮盡的遼闊，縱使外星智慧文明真實（或曾經）存在，也不見得剛好能被地球人發現。

從無線電廣播發明至今，僅約莫百年；可以想像，如果有外星智慧生命要靠電磁波訊號偵測到地球人的存在，不但必須距離地球一百光年之內，而且科技程度還得恰恰好在這幾十年、至少發達到足以接收我們的訊號，且不能因為外在環境或自身緣故而毀滅──怎麼想都不是容易的事。

而德雷克在綠堤研討會提出他的方程式之後，除了持續天文學相關工作，甚至主導了傳送訊息給外星文明的活動：1974 年，在其他研究者──包括知名天文學家與科普作家卡爾‧薩根（Carl Sagan，1934–1996）──的幫助下，他們設計的訊息從波多黎各阿雷西博天文台（Arecibo Observatory），以強力的電磁波發送向距離地球 25,000 光年的球狀星團 M13，內容包括了人類的DNA 結構，和太陽系的介紹等等，史稱阿雷西博訊息（Arecibo Message）。儘管人類可能永遠無法收到回覆，在宇宙中傳播的阿雷西博訊息，卻已成為地球文明曾經存在的證據，等待很久很久以後，某個遙遠星系的外星文明觀測到它。

就算目前對外星生命的探尋一無所獲，但宇宙總是充滿各式驚奇與可能；或許，在可見的未來，我們就會從系外行星的大氣層發現外星生命存在的印記，甚至接收到外星文明的訊號也不一定。願原力與你同在！生生不息，繁榮昌盛！（一秒同時惹怒Star Wars和Star Trek粉絲）

註釋

• [1] 該望遠鏡在當時由美國國家電波天文台（National Radio Astronomy Observatory）營運，位於美國國立無線電寂靜地帶（National Radio Quiet Zone）。
• [2] 梅爾文‧埃利斯‧卡爾文（Melvin Ellis Calvin，1911 – 1997），美國化學家，1961年諾貝爾化學獎得主。
• [3] 恆星中質量最小、溫度最低的紅矮星原本不被包括在定義裡；現代的版本已將其納入。
• [4] 原本的定義中，只考慮行星的數量，但德雷克之後將其擴充，以包括所有星體。行星系中支持生命生存的星體不必然是行星，衛星也是可能的選擇；例如木星的衛星「歐羅巴」（Europa）在表面的冰層之下，可能擁有液態水海洋，也被認為是外星生命可能存在的地方。

參考資料

1. “Where is everybody?”: An account of Fermi’s question, Eric M. Jones, Los Alamos technical report, March 1985.
2. How My Dad’s Equation Sparked the Search for Extraterrestrial Intelligence, Nadia Drake, National Geographic, June 30, 2014
3. An Equation to Estimate the Probability of Identifying an Inhabited World Within the Next Decade, Sara Seager, MIT, 2013
4. 《悖論：破解科學史上最複雜的9大謎團》，吉姆‧艾爾─卡利里，三采文化（2013）
5. Prevalence of Earth-size planets orbiting Sun-like stars, Erik A. Petigura, Andrew W. Howard, and Geoffrey W. Marcy, PNAS 110 (48), November 26, 2013
6. It’s the 25th anniversary of Earth’s first (and only) attempt to phone E.T., Bill Steele, Cornell Chronicle, November 12, 1999
7. Wikipedia: Drake equation
8. Wikipedia: Search for extraterrestrial intelligence