尋找外星人的太陽能發電廠

羅斯·安德森　田呈蓮

天文學家正在尋找戴森球（美國物理學家、數學家弗里曼·戴森假想出的包圍母恒星的巨大球形結構，它可以捕獲大部分或者全部的恒星能量輸出——譯者注），希望尋找外星人的它是高等外星文明建造的大質量恒星級太陽能發電廠。

1960年，數學家、物理學家及全能天才弗里曼·戴森預言，只要存在的時間足夠長，宇宙中的任何文明最終都會將所在星球的能源消耗殆盡。戴森認為，這是文明發展過程中的一個重大障礙，而沖破這一障礙的做法只有一個：建造一個巨大的太陽能收集器。這是一個由太陽能電池板組成的殼，天文學家將其稱為戴森球。戴森的想法只是一個思想實驗，但如果這一假設是合理的，那么它的巨大意義就在于：想要尋找高等外星文明，就應該先尋找戴森球。

以賓夕法尼亞州立大學的杰森·懷特為首的天文學小組開始了尋找戴森球的研究，將覆蓋整個銀河系以及數以百萬計的其他星系。該項目從鄧普頓基金會獲得了數目可觀的資金支持。該基金會是一個慈善組織，致力于資助人類面臨的“重大問題”以及與“人類目的和終極現實”等問題相關的研究。

那么，懷特的目標是否就是找到一個戴森球？雖然“球”這個詞讓人聯想到一個堅實的球狀結構，但懷特說他們不打算尋找這么一個硬殼。“即使恒星系有足夠的能量維持一個堅實的殼，但這樣一個結構從機械學來說是不可行的，”懷特對我說，“它更像大量塵埃組成的戴森云。”

雖然這種對外星高科技的漫無邊際的猜測看起來并不科學，但尋找外星生命的研究通常都依賴于這種猜測。SETI驗證預言的方法就是利用望遠鏡陣列掃描天空中的外星無線電通信。目前，人類還沒有多余的能量來發射SETI所要搜尋的無線電信號。天文學家羅伯特·格雷說：“無線電信號發射臺必須全天候運作，全方位發射，而且信號要足夠強大才能被幾光年以外的地方接收到。因此，這就需要巨大的能量——不計其數的巨大發電廠發出的能量。”SETI認為，外星先進文明很重視與其他文明的交流，或者重視到愿意消耗巨大能量來進行交流。SETI還認為，外星文明將使用無線電波進行通信，并將他們的信號轉換為我們能監測到的頻率。外星文明能被人類找到，僅僅存在是不夠的，他們必須開發并以可預見的方式使用技術才行。

相較于SETI，專注于戴森球的研究不會對未來外星文明的目的做過多假設。事實上，該項研究的大多數假設來自生物學。正如項目負責人懷特解釋的：“生命需要消耗能量，在消耗熱量的過程中再輻射。”一個文明越發達，所需要的能量就越多，再輻射的熱量也越多。生命還需要繁衍，這就產生了能源需求呈指數增長的可能性。如果任其發展，這種增長遲早會超過某一星球的所有可用能源。這時，對一個正在發展壯大的文明來說，除了從其他星球——最終從其母恒星——獲取能源外別無他法。

讓我們以地球為例。正如奧利弗·莫頓指出的，太陽每天射向地球的能量為12萬太瓦，這是人類整個工業文明所需能量的1萬倍。這個數目的確不小，但要記住一點：我們的文明尚年輕，且發展迅速。僅在過去的30年中，全球能源消耗就已經翻倍。以這個速度發展下去，再過400年，我們需要的能量就達到了太陽對地球的能量輸入水平。到那個時候，人類或許就該著手建造戴森球了。

可以想象，一個先進的外星文明的能源消耗應該比我們多得多，何況他們的工業革命和能源消耗或許早在幾十億年前就已開始了。在宇宙中，戴森球的利用應該是一個古老而普遍的現象。

戴森球與另一個文明進步的理論模型——卡爾達肖夫指數——相吻合。1964年，蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達肖夫試圖構建一個新的科技進步理論，即通過衡量一個文明在歷史發展過程中所能掌握的能量的大小來確定其先進程度。根據卡爾達肖夫指數，Ⅰ型文明可以控制和利用其所在星球的能量，Ⅱ型文明可以利用其母恒星的能量，Ⅲ型文明可以利用整個星系的能量。從本質上來說，尋找戴森球就是尋找Ⅱ型卡爾達肖夫指數文明。而且，因為它的前提是能源消耗，這就比諸如SETI之類的搜尋計劃擁有顯著優勢：它可以使我們到那些不愿意跟我們交流的外星文明。

戴森球收集的太陽能可以使其發熱，正如計算機在通電使用過程中溫度會升高一樣。加熱后的戴森球發射出紅外線，可以被紅外望遠鏡捕捉到。“戴森球在中紅外線下特別明顯，”懷特解釋說，“就像我們的身體，在黑暗中肉眼看不見，但在中紅外護目鏡下卻非常耀眼。”

建立戴森球的文明將不得不遠程跋涉以防被探測到，或者通過一些新技術掩飾其消耗產生的熱量，或者建立低熱量排放的巨大反應堆來逃避宇宙微波背景輻射的監測。懷特說，最后一個解決方案需要建立一個比正常尺寸大幾百倍的球狀結構。懷特認為，“如果一個文明想隱身，那么它肯定有辦法隱身，但需要貫穿整個文明發展的大量的精密設計”。

懷特的項目不是尋找戴森球的第一次研究。20世紀80年代，研究人員最先在費米實驗室通過分析紅外線天文衛星返回的數據尋找戴森球的下落。他們發現了很多疑點，但隨后的分析證明，那些都是巨大的恒星或者吸收并反射陽光的塵埃。

懷特的小組能夠獲得的數據是費米實驗室的研究人員夢寐以求的。他們擁有三組不同的紅外巡天觀測數據，包括美國航空航天局寬視場紅外巡天探測器的觀測數據。這個探測器比紅外線天文衛星敏感上百倍。他們將在銀河系中搜尋戴森球，同時還將搜尋所有帶有余熱的星系——在科技打造的巨型框架下可能藏有大量恒星的星系。

如果他們發現任何超預期的天文現象，將啟動一段漫長的確認過程，可能全世界的天文學家和天文望遠鏡都將參與其中。懷特很謹慎地指出，無論原始數據是否有所暗示，他們都不會過早地下結論，因為“人們不止一次地發現某個神秘目標看起來像外星人，慢慢地，它變得清晰起來，原來只不過是有趣的自然現象而已”。事實上，尼古拉·卡爾達肖夫曾一度確信自己找到了幾個疑似Ⅲ型文明，但最后發現它們只不過是類星體而已。

那么，在戴森球與卡爾達肖夫指數之外，是否還有描述外星文明可能的存在形式的其他理論？懷特回答說：“在相關的科幻文本中我并未發現任何其他的理論，但不代表沒有。在天體生物學領域，科學與科幻之間的界限非常模糊，有關這些問題的最好的論述往往出現在科幻小說中。”endprint