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尋找外星智慧計畫與外星文明-《2050科幻大成真》

時報出版_96
・2015/06/17 ・3323字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

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尋找外星智慧計畫與外星文明

無線電望遠鏡技術越來越精細,目前我們只仔細分析過一千個恆星是否有智慧生命的訊息,但是接下來十年,能分析的數量將提升一百萬倍。

利用無線電望遠鏡尋找外星文明的時間可以回溯到一九六○年,當時天文學家德瑞克(FrankDrake)發起「歐茲瑪計畫」(Project Ozma ,取名自《綠野仙蹤》奧茲王國的皇后)。他使用位於美國西維吉尼亞州綠堤(Green Bank)、直徑二十五公尺的天文望遠鏡,標誌著「尋找外星智慧計畫」(the Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI)的誕生。很遺憾,沒有得到來自外星人的訊息,不過到了一九七一年,美國航太總署提出「獨眼巨人計畫」(Project Cyclops),預計動用一千五百架無線電望遠鏡,經費預計一百億美元。

不意外,這個計畫根本沒有進行。國會不喜歡這個計畫。

不過後來比較保守的計畫就得到經費:一九七一年把給外星人的訊息仔細加密,往外太空發送。這個加密的訊息長度為一六七九位元,從波多黎各巨大的阿雷西波(Arecibo)無線電望遠鏡發射,目標是兩萬五千一百光年外的M13球狀星團。這是地球對宇宙發出的第一封賀卡,其中包含人類這個種族的資訊。不過沒有收到回應的訊息,並不是外星人對人類沒有興趣,也不是光速阻礙其中,只是因為距離太遠了,從現在算起,最早的回覆消息也要五萬兩千一百七十四年之後才會收到。

從那時候起,有些科學家就擔心向太空外星人廣告地球人的存在並不妥,至少要等到我們了解他們的意圖之後再說。他們也不認同那些支持「給外星智慧生物發信計畫」(Messaging to Extra- TerrestrialIntelligence, METI)的人,這些人積極推動要把訊號發送給外星的文明。METI背後的理由是,地球已經發送許多廣播和電視訊號到外太空了,METI計畫發送出的一些訊號,不會造成多少影響。但是批評METI的人相信,我們不該無謂的增加外星人發現地球的機會。

一九九五年,天文學家找到了私人資助,在美國加州山景城(Mountain View)設立了尋找外星智慧研究院,並且啟動「鳳凰計畫」(Project Phoenix),這些計畫要研究來自太陽附近一千個恆星所發出的一千兩百到三千百萬赫的無線電波。研究儀器非常敏銳,能接收到兩百光年外機場雷達系統發出的電波。由於有了經費,SETI研究院每年可以花五百萬美元,掃描一千多個恆星,但是目前還沒有任何發現。

更新的研究是「SETI@home」計畫,這是由美國加州大學柏克萊分校的天文學家在一九九九年發起的,會利用到百萬業餘者大軍的家用電腦,任何人都可以加入這個歷史性的搜尋計畫。你在晚上睡著的時候,你的螢幕保護程式會解析來自阿雷西波無線電望遠鏡取得的大量資料。到目前為止,有兩百三十四個國家、五百二十萬名使用者加入這個計畫,這些業餘者夢想著自己有天會成為史上第一個和外星人接觸的人。就像是哥倫布一樣,名字會隨著歷史流傳下去。「SETI@home」計畫的進展非常迅速,事實上是史上最大的電腦計畫。

我曾訪問「SETI@home」計畫的主持人威海莫(Dan Wertheimer)博士。我問他如何能區分訊息的真假。他的回答讓我非常驚訝。他說他們從無線電望遠鏡的資料中,加入偽造的外星文明假訊息。如果沒有人找出這些假訊息,研究人員就會知道這些人的電腦軟體出問題了。因此這裡的教訓是,如果你的螢幕保護程式宣布解析出來自外星文明的訊息,請不要馬上就打電話給警察或是總統,那可能是假訊息。

source:Jeanmarcpatras
source:Jeanmarcpatras

 外星獵人

我的一位同事蕭士塔克(Seth Shostak)博士,是SETI研究院的主任,他一生都奉獻在尋找外星智慧的工作。他在加州理工學院得到物理博士學位,我本來預期他會成為傑出的物理學教授,指導熱心的博士班學生,但是他把時間都花在完全不同的研究:為了SETI研究所而向有錢人募款,仔細檢查可能是來自外太空的訊號,製作廣播節目。我曾問他關於「發笑主意」,也就是其他科學家聽到他要傾聽來自外星人訊息時,是否會發笑?他說現在不會了。因為天文學的新發現讓趨勢改變了。

事實上,他不但引頸期盼,而且斷然的說,我們在非常近的未來就會和外星文明有所接觸了。他已經向世人宣布,目前正在建造含有三百五十座天線的艾倫望遠鏡陣列(Allen Telescope Array),「將會在二○二五年收到訊息。」

我問他這是不是有點冒險?他為何這麼有把握?對他有利的一點是,無線電望遠鏡的規模在這幾年逐漸擴大。雖然美國政府沒有資助他的計畫,但是SETI研究所找到了金礦,他們最近說服微軟的億萬富翁艾倫捐贈三千萬美元,建立艾倫望遠鏡陣列,地點位於加州舊金山北方四百多公里的帽溪(HatCreek),目前這個陣列中有四十二座無線電望遠鏡在掃描天空,最後會增加到三百五十座。不過有一個問題是,這些科學實驗缺乏長期的經費。由於經費刪減,帽溪的工作人員有部分經費來自軍方,以維持生計。

他坦承有一件事情讓他局促不安,那就是人們搞混了,以為SETI計畫是在找不明飛行物體。他說前者是基於堅實的物理學和天文學發展出來的,採用了最新的科技。後者則是基於道聽塗說,證據可能是真的,也可能不是。問題是許多目擊不明飛行物體的信件湧進他的郵箱,沒有一個能重複驗證。他大聲疾呼要那些宣稱被外星人綁架到飛碟上的人,偷點東西下來,例如外星人的筆或是文件之類,好證明自己被綁架。他告訴我說,上了不明飛行物體之後絕對不要空手而歸。

他也認為,目前沒有任何證據能證明外星人來過地球。接著我問他是否認為美國政府刻意掩飾與外星人接觸過的證據,許多陰謀論者都相信這一點。他回答說:「他們真的能遮掩那麼大的東西嗎?要知道,郵局也是同一個政府開的耶!」

 德瑞克方程式

我問威海莫,他為什麼能這麼確定在外太空有外星人,他回答:數字會說話。在一九六一年,天文學家德瑞克試著以可能的推論來估計有多少智慧文明。如果我們從銀河系中的恆星數量,也就是從一千億開始,估算其中類似太陽恆星的比例,之後再估計具有行星的比例,然後再估計其中有類似地球行星的比例,以此類推。經過一連串計算,最後的估計值是在銀河系中有一萬個先進文明。(薩岡做了不同的推測,得到的結果是一百萬個。)

之後,對於銀河系中可能有多少個先進文明,科學家做了比較精確的估計。例如我們知道圍繞恆星的行星數量要比當初德瑞克預期的要多,類似地球的行星也比較多。不過我們依然面對著一個問題:即使我們知道太空中有多少個孿生地球,依然不知道其中有多少能讓智慧生命生存。就算是地球,也花了四十五億年,最後才有智慧生命(也就是人類)出現。地球上有生命的時間是三十五億年,但是只有最後十萬年才有類似人類的智慧生命出現。因此,就算有類似地球的行星,真正有智慧的生命也沒有那麼容易出現,機率非常低。

 他們為何不來見我們?

我問SETI的蕭士塔克一個問題:如果銀河系中有那麼多恆星,有那麼多外星文明,他們為何不來見我們?這是所謂的「費米悖論」(Fermi paradox),是由諾貝爾獎得主費米(Enrico Fermi)提出,他解開了原子核的祕密,並曾協助建造原子彈。

有許多的理論提出解釋。其中一個是說,恆星之間的距離太遠,搭乘目前最快的化學火箭,也要花約七萬年才能抵達距離地球最近的恆星。比地球先進數千年到數百萬年的文明,或許能解決這個問題,但是依然有其他的可能性,例如這個文明在核子戰爭中把自己毀滅了。甘迺迪總統曾說:「有句俏皮話:其他星球上的生命滅絕了,是因為他們的科學家超越我們太多。很抱歉,這句話太正確而不像是俏皮話。」

但是最合乎邏輯的原因可能是:想像你在鄉間小路散步,路上遇到一個蟻丘。你會彎下腰對螞蟻說:「我會給你們一些小玩意兒,我會給你們核能,我會為你們打造一個螞蟻的天堂,帶我去見你們的頭兒。」

可能不會吧。

現在想想看,如果工人在蟻丘旁邊建造一條八線道高速公路,螞蟻會知道工人說話的聲音頻率嗎?螞蟻會知道八線道高速公路是什麼嗎?同樣的,能抵達地球的智慧生命,文明進展的程度超越地球數千年到數百萬年,我們無法給他們什麼。換句話說,我們很自大,相信外星人只為了見我們就會穿越無垠的太空。

更有可能的是,我們沒有被放在眼裡。銀河系中的智慧生命可能已經結成聯盟,人類還太原始,所以被忽略。

6e9fadc5defe44c78b4fbbff7ea4d739本文摘自泛科學2015六月選書《2050科幻大成真:超能力、心智控制、人造記憶、遺忘藥丸、奈米機器人,即將改變我們的世界》,時報出版。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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為何人類對火星如此執著?火星曾有過生命嗎?——《有趣的天文學》
麥浩斯
・2022/04/24 ・1975字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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火星 vs. 地球

長久以來,人類對火星充滿好奇,火星上有沒有水?那裡住著火星人嗎?這些未知,讓人類發射各種探測器和太空船前往火星,希望一探火星的奧秘!

超級巨大火山

奧林帕斯山是太陽系裡最高的火山,它比地球上最大的茂納開亞火山(MaunaKea)還巨大,如果從火山底部算起,奧林帕斯山大約是茂納開亞火山高度的兩倍半!火星的直徑大約只有地球的一半,為什麼火星上的火山卻可以長得比地球上的還高大呢?

夏威夷大島上的茂納開亞火山屬於熱點(hotspot)火山,這類火山的岩漿來自地函,熱點的岩漿從地函往上穿出地殼形成火山。因為板塊運動,地球的地殼會移動,這造成熱點穿出地殼的位置改變,時間久後,會形成一長串的火山,其中最有名的例子是夏威夷火山群島。

夏威夷群島的大島上有幾座活火山,目前大島就位在熱點上,夏威夷群島的其他火山年齡都比大島上的老,而且離大島愈遠愈老。

地函熱點往上冒出地殼會形成火山,因為板塊運動,熱點穿出地殼的位置會改變,所以地球上會形成一長串的火山島鏈。火星上沒有板塊運動,熱點冒出的岩漿不斷在地殼上重複累積,形成比地球上高大的火山。圖/麥浩斯出版

地球上因為板塊運動,熱點火山不會長得太大,長到一定程度,就會因為板塊運動移開熱點,沒有熱點提供岩漿,火山就會停止長高、長大。

火星跟地球不同,火星沒有板塊運動,地函的岩漿會在地殼上同一個熱點冒出,岩漿在同一熱點一直堆積長高,所以火星上的火山才會比地球上的巨大。

磁場很重要

根據科學家研究,火星早期有較厚的大氣,溫度適中,甚至表面有河川流水,跟目前的地球很類似。那為什麼火星現在會變成乾燥無水、充滿紅色沙塵的行星呢?

火星早期曾經有磁場,後來磁場消失,讓火星大氣失去防護,漸漸被太陽風剝離吹散。火星大氣壓力變小,地面上的液態水都變成大氣中的水蒸氣,大氣中的水蒸氣被太陽紫外線分解成氫和氧,流失到外太空,最後水漸漸從火星表面消失。目前火星地表的大氣壓力大約只剩地球的百分之一,而且還持續流失中!

科學家對火星磁場消失的原因還不是很清楚,有一種說法認為可能跟火星比較小有關。它的核心更小,所以散熱較快,造成外核的液態鐵凝固。外核的液態鐵凝固讓火星的磁場消失。

從火星的研究和認識,我們才明白地球原來如此特別!

真的有火星人嗎?

人類對火星上有沒有生命充滿想像,其中最有名的可能是帕西瓦爾.羅威爾(Percival Lowell)「看見」火星運河。

羅威爾是一位美國富豪,對火星非常著迷。1890 年代,他用自己建造的天文台觀看火星,並將透過望遠鏡看到的火星描繪下來。羅威爾認為他看見火星上有許多運河,建造運河是為了把南北兩極的冰運送到乾涸的赤道,這是火星有智慧生物存在的證據。

目前火星的表面沒有穩定流動的水,不過火星上的水可能在地底下,科學家推測火星生命可能潛藏在地底。圖/麥浩斯出版

1965 年,美國的水手 4 號太空船飛掠火星,發現火星表面一片荒蕪,根本沒有羅威爾宣稱的運河和火星生命。不過,火星有生命存在的想法太吸引人,人類還是不斷用各種方式探索火星,尋找生命。

為什麼我們對火星這麼執著呢?一方面是科學上的原因,希望找到地球外的生命形態,不管這種生命形態是不是跟地球一樣,都是非常重大的發現;另一方面可能是情感上的因素,不希望地球是宇宙中唯一有生命的地方,孤單僅有的存在。

依據地球上的經驗,只要有水的地方幾乎都找得到生命,水成為生命的重要指標。火星早期比較溫暖,地表有水流動,所以火星過去可能有生命存在。科學家認為火星上最可能出現的生命是微生物,因為水存在火星表面的時間並不長,無法演化出太複雜的生命形態。

目前火星表面已經沒有穩定流動的水,不過水還是有可能存在地表下,所以,生命有可能還在火星地底存在著。人類不斷探索火星,不久的將來人類也會登上火星,到時候火星有沒有生命的問題,可能就會有答案。

──本文摘自《噢!原來如此 有趣的天文學》,2022 年 3 月,麥浩斯出版
麥浩斯
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我們都是火星人?論火星隕石為地球生命播種的可能——《穿越 4.7 億公里的拜訪》
三民書局_96
・2021/11/26 ・3466字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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  • 作者/前NASA太空任務科學家 李傑信

太陽系形成初期,火星與地球的起跑線相同。火星地處石質行星外緣,獲水量比地球大,但受體積龐大的木星干擾,無法收集到足夠建材凝聚成像地球一樣的健康軀體,只長成了一個小矮個兒。火星地心引力不夠強,抓不住氮、氫、水氣等氣體,氣體集體逃亡,45 億年下來,只剩下 600~1,000 帕大氣壓,液態水失蹤,紫外線肆虐,地表生命消失。相比之下,後到的綠色微生物將地球轉變成一個充滿自由氧氣的生物星球,是生命的樂園;反之,火星連二氧化碳都不夠,是生命的悲慘世界。

火星的質量小、重力弱,使得大氣稀薄,生物難以生存。圖/Pixabay

在隕石風暴的第一個 7 億年裡,每次巨大隕石碰撞,都對生命有「消毒」的威懾力。由隕石帶來巨大的動能,被行星吸收,轉成熱能,造成地球和火星同樣地表熾熱,可能遠遠超過生命耐熱極限。我們揣測,生命時鐘應在隕石風暴停止後的 38 億年前起算。

隕石風暴停止後,地表溫度開始下降。一般球體散熱的速度,以其總表面積對所含質量的比值作為比較標準 [註1],換言之,我們要看球體每公斤的質量能分到多大的散熱面。使用這個標準,火星有效散熱面大約是地球的 2 倍。假如其他一切條件相等,火星降溫速度比地球約快 2 倍。實際上地球比重為 5.497,火星比重 3.96,地球的單位含熱量比火星高。若從 38 億年前起按下碼錶,火星應比地球率先抵達生命起源極限的溫度,比如攝氏 140 度。當火星地表生命有起源條件時,地球地表可能依然熾熱,仍是高溫消毒爐。

以地球古菌生命經驗,只要賦予一線生機,生命就可能蓬勃發展。地球生命在隕石風暴停止後 3 億年,就已粗具規模,但地球還是比火星晚抵達生命發展的極限條件。我們揣測,火星生命可能在隕石風暴停止後不久就濫觴。

火星可能先有生命,贏了這場和地球的生命競賽。

隕石列車

行星間隕石互訪,亙古以來,絡繹不絕。

在隕石風暴肆虐的年代,每個行星都承受大量隕石撞擊,可以想像行星上很多岩塊被崩離行星進入太空,穿梭於各行星之間。

地球和火星是太陽系中的近鄰。地球塊頭大,地心引力強,岩石脫離地球困難;火星個兒小,地心引力弱,岩石脫離火星容易。

作者在第三章「一飛衝天」的「水手號」爬坡追火星一節打了個比喻:太陽重力場有如一個山坡,太陽在山腳,地球在山腰,往下看有金星和水星,往上望有火星、木星、土星等行星。從地球到金星、水星,走下坡路,比較省勁;從地球到火星,要爬坡,費力。

行星間隕石互訪,亙古以來,絡繹不絕。圖/Pixabay

同樣的,從火星出發的隕石,往地球掉,有如下坡滑行,輕鬆容易;從地球出發到火星的隕石,掙脫地心引力不易,又得費力爬坡飛行,已是「二振」局面,打出全壘打較難。

人類沒有去過火星,不知火星上有無從地球去的隕石。金星的個頭是地球的 81.5%,金星隕石到地球的困難程度應該和地球到火星的差不多。金星大氣、土壤成分測量,是前蘇聯對人類的貢獻,以這些數據要鑑定出金星隕石不難。人類到 2020 年為止總共掌握了 40,000 塊隕石,但作者尋遍資料,都找不到金星隕石。依理推測,在火星上也可能很難找到地球隕石。

地球-火星間的高速公路雖然不是單行道,但交通流量可能極不平衡:火星客擁擠於途,地球客門可羅雀。

火星隕石NWA 7034,暱稱為”黑美人”,質量約為 320 克。圖/WIKIPEDIA

即使我們接受以上的論點,讓比地球先發展出來的火星細菌生命買票,登上隕石列車,以上千倍於重力場的爆炸性加速度出發,在太空無水分、無養料,還飽受強烈宇宙射線轟擊千萬年的情況下抵達地球時,仍得遭遇大氣摩擦產生攝氏 2,000 度的高溫。降落時,再與地面高速碰撞減速,又是上千個重力加速度。細菌雖小,但核心只是一汪水含著生命密碼 DNA,能承受重重魔障般的顛簸旅途,活著抵達地球這個生命樂園嗎?

魔障旅途

脫離火星的隕石速度最低每秒 5 公里,就可進入太陽軌道,有機會抵達地球。但脫離火星的隕石肯定不會受到如此溫柔的待遇。火星隕石一般以爆炸性速度離境,加速度可達上千倍重力加速度。細菌再小,也是生物,承受重力加速度的能力有一定極限。

有位瑞典科學家曾將潛伏期的細菌放在高射炮的彈頭中射出,彈頭承受巨大的重力加速度。實驗結果,細菌仍是活的。所以我們有把握說,乘坐大小適當的火星隕石列車,細菌可能安全離境。

進入太空後,宇宙射線無情地打將過來,坐在經濟艙中的隕石表面乘客可能很快喪生。看隕石的塊頭有多大,坐在核心的乘客受到厚實的隕石層保護,可能安然過關。

大小適當的隕石也許可以將細菌帶上太空,並保護核心部分的細菌不受宇宙射線傷害。圖/Pixabay

隕石可能在太空飛行上千萬年。隕石溫度在深凍狀態,超低溫很可能歪打正著,引發隕石核心細菌進入冬眠潛伏、長期存活。厚實隕石殼又成為最佳熱絕緣材料,維持隕石核心溫度不變。

隕石以每小時 40,000 公里的高速衝進地球大氣層,摩擦生熱,表面白熱化,溫度可達攝氏 2,000 多度,然後以高速撞上地面。細菌又要承受好幾千個重力加速度,才能抵達目的地。

有人發現,剛落地的隕石有時表面竟然會被一層霜包住。這種現象可能是因為隕石深凍溫低,絕緣性良好,僅允許表面薄層白熱化,著地後,隕石迅速被核心溫度冷卻。

這時候,火星細菌才可以從到站的隕石列車裡探出頭來,看到四周豐富的資源,說聲:酷!地球真是一個好地方!

移民地球,播種生命

到目前 2020 年為止,人類搜集了 40,000 餘塊由宇宙各處來的隕石,其中 224 塊來自火星。在地面尋找火星隕石不易,即使撿到,通常都要經過漫長的歲月後,才發現那塊不起眼的石頭,原來竟是由火星來的。

1911 年在埃及砸死一隻狗的那塊隕石,在 20 世紀 80 年代後才被驗明正身,死的那隻狗也跟著進入史冊,略可瞑目。 1999 年底在加州洛杉磯鑑定的兩塊隕石,是發現者在 1979 年於莫哈維沙漠撿到的,在車房待了 20 年才認祖歸宗。即使由專家特別搜集的 ALH84001 號隕石,從開始就大出風頭,也還是在冷藏庫中度過 9 個寒暑,才確定出身,大放異彩。

ALH84001 號隕石, 重量為為 1.93 千克。 是由美國的南極隕石搜尋計劃小組於 1984 年 12 月 27 日在南極洲艾倫丘陵發現的一顆隕石,被認為來自火星。圖/WIKIPEDIA

隕石平均掉落在地球每個角落。地球表面 3/4 是海洋,其他是大片的荒郊野外,從撿到的幾塊火星隕石,很難估計地球總共有多少火星隕石。但大膽的科學家還是勇敢地估計了一下,結果是:地球大約每年搜集 500 公斤的火星材料。45 億年下來,得 22.5 億公噸。如果把這些火星材料平均撒在臺灣全島,厚度得有 1.5 公分。其中 90%,應是 38 億年前,隕石風暴結束前後時期飛過來的。這是一個不算小的數目字,足夠對地球進行生命播種的工作。

總結來說,地球生命環境優越,生命非常可能是獨立起源演化的,與任何外來因素無關。但也有專家認為,地球生命起源後,隕石碰撞仍然不停,地球生命繁殖演化道路受阻,留在地表死路一條,有些細菌就乘上隕石逃亡列車,進入太陽或地球軌道,等地球生命環境穩定後,再返回故鄉,自身播種。當然,地球生命也可能經由稀少的隕石,感染火星,因此火星生命也有可能是地球古菌。

不過,火星個子小,散熱快,很可能比地球搶先抵達生命起源條件。目前無法排除的可能模式是:火星生命在火星成形後,乘坐頻繁出發的隕石列車,抵達地球,播種生命。

那麼,我們會是火星人嗎?

註解

註 1:以地球的情況而言,大部分熱能是由行星內部放射性元素產生的核熱能,但由於目前尚不清楚火星內部的核熱能,故在此略。

——本文摘自《穿越4.7億公里的拜訪:追尋跟著水走的火星生命》,2021 年 7 月,三民

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三民書局_96
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創立於1953年,為了「傳播學術思想,延續文化發展」,60年來默默耕耘著書的園地。從早期的法政大學用書、三民文庫、古籍今注新譯叢書、《大辭典》,到各式英漢字典及兒童、青少年讀物,成立至今已出版了一萬多種優良圖書。不僅讀者佳評如潮,更贏得金鼎獎、小太陽獎、好書大家讀等諸多獎項的肯定。在見證半個世紀的社會與時代變遷後,三民書局已轉型為多元、綜合、全方位的出版機構。