地球不孤獨(dú)

杰米·施里夫

“突破攝星”計(jì)劃構(gòu)想的小型航天器被一束比陽(yáng)光強(qiáng)勁一百多萬(wàn)倍的激光束推動(dòng)，達(dá)到光速的五分之一，抵達(dá)4光年外的半人馬座比鄰星b附近。“這不是科幻小說(shuō)，”斯坦福大學(xué)的扎克·曼徹斯特說(shuō)，“這只是工程設(shè)計(jì)。”

激光束從歐洲南方天文臺(tái)位于智利阿塔卡馬沙漠的超大望遠(yuǎn)鏡陣列射出。激光在天空中創(chuàng)造出人造導(dǎo)向星，幫助天文學(xué)家校正大氣湍流造成的光線扭曲。該望遠(yuǎn)鏡是少數(shù)幾處能夠直接捕捉巨大系外行星圖像的設(shè)施之一。

在麻省理工學(xué)院54號(hào)樓17層的辦公室里，薩拉·西格爾離太空的距離，就馬薩諸塞州劍橋市而言，應(yīng)該說(shuō)比誰(shuí)都近。在辦公室窗口，從一個(gè)方向可以看到查爾斯河對(duì)面的波士頓市區(qū)，從另一個(gè)方向可以看到芬威公園。而在室內(nèi)，她的視野延伸到銀河系，及銀河系之外。

47歲的西格爾是一名天體物理學(xué)家。她的專長(zhǎng)是研究系外行星，即宇宙中除了太陽(yáng)系八大行星之外的所有行星。在黑板上，她草寫了一個(gè)方程式。這是她自己推想出來(lái)的，用于估計(jì)在系外行星上發(fā)現(xiàn)生命的可能性。在另一塊寫滿更多方程式的黑板下面有一堆紀(jì)念品，包括一個(gè)裝有光滑黑色碎片的小瓶。

“這是我們?nèi)刍舻囊粔K巖石。”

西格爾說(shuō)話輕快，語(yǔ)調(diào)單一，一雙敏銳的淡褐色眼睛緊緊盯著交談對(duì)象。她解釋說(shuō)，有一些被稱為“熱超級(jí)地球”的行星距其所屬恒星極近，對(duì)它們而言，繞著恒星飛奔一年，花的時(shí)間還不到地球上的一天。“這些行星極其熾熱，上面可能有巨大的熔巖湖，”她說(shuō)。熔化的巖石就是用來(lái)驗(yàn)證這個(gè)的。

“我們想測(cè)試熔巖的反射亮度。”

當(dāng)西格爾于20世紀(jì)90年代中期進(jìn)入研究生院時(shí)，人們并不知道有些行星用幾個(gè)小時(shí)就能環(huán)繞其恒星一周，另一些則費(fèi)時(shí)將近100萬(wàn)年。人們也不知道有些行星圍繞兩顆恒星旋轉(zhuǎn)，還有些流浪行星不環(huán)繞任何恒星，只是在太空漫游。事實(shí)上，從前我們并不確定在太陽(yáng)系之外有任何行星存在，我們對(duì)“行星性”的許多假設(shè)都被證明是錯(cuò)誤的。1995年發(fā)現(xiàn)的第一顆太陽(yáng)系外行星“飛馬座51b”本身包含著另一重使人意外之處：這顆巨大的行星緊挨著它的恒星，四天繞行一周。

西格爾說(shuō)：“飛馬座51想必讓每個(gè)人都明白對(duì)系外行星的研究將是一場(chǎng)驚險(xiǎn)之旅。誰(shuí)都沒(méi)想到會(huì)在那里發(fā)現(xiàn)這顆行星。”

今天我們已經(jīng)確認(rèn)了大約4000顆系外行星，大多數(shù)是通過(guò)2009年啟用的開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。開(kāi)普勒的使命是確定在散布著大約15萬(wàn)顆恒星的一小片天空中能找到多少顆繞軌道運(yùn)行的行星——多大一片天空？伸出手臂，用一只手能遮住的那一片。但開(kāi)普勒的最終目的是解決一個(gè)更緊要的問(wèn)題：可能進(jìn)化出生命之地，在宇宙中是普遍存在，還是極為罕見(jiàn)，以至于我們根本沒(méi)有希望知道是否存在另一個(gè)有生命的世界？

麻省理工的天體物理學(xué)家薩拉·西格爾用一個(gè)模型展示加州NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)發(fā)的遮星板。該裝置在太空中部署后成品直徑將超過(guò)30米，可以阻擋恒星發(fā)出的光。一架太空望遠(yuǎn)鏡將捕捉位于遮星板“花瓣”之間的行星圖像，并尋找該行星上可能存在生命的證據(jù)。

NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在德克薩斯州休斯頓市約翰遜太空中心的一個(gè)巨大低溫室內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，模擬太空寒冷條件下的運(yùn)作。它將探測(cè)可能支持生命的恒星、星系和太陽(yáng)系的形成。

開(kāi)普勒的回答是明確的。行星比恒星多，其中至少有四分之一與地球大小相仿、位于恒星系內(nèi)所謂的宜居帶，溫度條件對(duì)生命來(lái)說(shuō)應(yīng)該既不太熱也不太冷。銀河系中至少有1000億顆恒星，這意味著僅在我們的星系，就至少有250億個(gè)地方可以想象生命的存在——而我們的星系只是宇宙萬(wàn)億星系中的一個(gè)。

難怪，天文學(xué)家在提到去年10月耗盡燃料的開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡時(shí)肅然起敬。（“在哥白尼革命中，‘開(kāi)普勒是哥白尼本人以來(lái)最偉大的一步，”加州大學(xué)伯克利分校的天體物理學(xué)家安德魯·西米翁告訴我。）這改變了我們看待一個(gè)偉大的存在之謎的方式。問(wèn)題不再是：地球以外有生命嗎？答案幾乎已經(jīng)肯定了。現(xiàn)在的問(wèn)題是，怎樣才能找到地外生命？

發(fā)現(xiàn)銀河系中充滿行星后，尋找外星生命的事業(yè)獲得了新的活力。私人投資的激增創(chuàng)造了一個(gè)更靈活、對(duì)風(fēng)險(xiǎn)具有更大承受力的研究議程。美國(guó)宇航局（NASA）也加緊了天體生物學(xué)方面的努力。大多數(shù)研究集中在尋找其他世界中的任何生命跡象。但是新目標(biāo)、新資金和不斷增長(zhǎng)的計(jì)算能力的前景也激勵(lì)了數(shù)十年來(lái)對(duì)外星智慧生命的搜尋。

對(duì)“麥克阿瑟天才獎(jiǎng)”得主西格爾來(lái)說(shuō)，加入開(kāi)普勒?qǐng)F(tuán)隊(duì)使她離自己的終生目標(biāo)——找到一顆圍繞類日恒星運(yùn)行的類地行星——又近了一步。她目前的工作焦點(diǎn)是凌日系外行星勘測(cè)衛(wèi)星（TESS），這是由麻省理工學(xué)院主持運(yùn)作的一臺(tái)NASA太空望遠(yuǎn)鏡，于去年發(fā)射。像開(kāi)普勒一樣，TESS也在尋找恒星光度輕微變暗的現(xiàn)象。當(dāng)行星經(jīng)過(guò)恒星前面時(shí)，常會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。TESS正在掃描整個(gè)天空，試圖找出大約50顆像地球一樣表面布滿巖石的系外行星，這些行星將來(lái)可以由陸續(xù)投入使用的更強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步調(diào)查，如NASA希望在2021年發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡。

在西格爾辦公室里靠墻有一張“愿景桌”，上面有她收集的一些物品，用以表示“我現(xiàn)在何處，要去何處，以此提醒自己為什么要這么努力工作”。物品中包括一些拋光的石質(zhì)球體，代表一顆紅矮星及其行星群，還有她開(kāi)發(fā)的低成本行星探測(cè)衛(wèi)星ASTERIA的模型。

“我還沒(méi)來(lái)得及把這個(gè)貼上去，”西格爾邊說(shuō)邊展開(kāi)一張恰如其分地顯示她職業(yè)生涯起始之處的海報(bào)。這是一幅顯示元素光譜特征的圖，好像一系列彩色條形碼。每種化合物會(huì)吸收一組獨(dú)特的光波長(zhǎng)。（例如，我們看到葉子是綠色的，因?yàn)槿~綠素是一種大量吸收光的分子，這種分子吸收紅光和藍(lán)光，所以反射的只有綠光。）還在二十多歲的時(shí)候，西格爾突然想到，在行星經(jīng)過(guò)恒星上空時(shí)，行星上層大氣中的化合物可能會(huì)在穿過(guò)的星光中留下光譜指紋。理論上，如果行星大氣中有來(lái)自生物的氣體，我們就可以從抵達(dá)地球的光線看到證據(jù)。

“這并不容易實(shí)現(xiàn)，”她告訴我，“你可以把巖石星球的大氣層想象成洋蔥的一層外皮，然后把它放在巨大的IMAX電影屏幕前面。”

如果一顆巖石行星以極近的距離圍繞一顆恒星運(yùn)行，韋伯望遠(yuǎn)鏡就有可能捕捉到足夠的光來(lái)調(diào)查生命跡象，但發(fā)生這種情況的概率非常低。大多數(shù)科學(xué)家包括西格爾，都認(rèn)為我們需要等待下一代太空望遠(yuǎn)鏡的誕生。在她的愿景桌上方，大片墻壁被一張薄薄的黑色塑料覆蓋，形狀像奇大無(wú)比的花瓣。這是在提醒她努力的方向：一項(xiàng)仍在醞釀中的太空任務(wù)，她相信這可以把她帶到另一個(gè)有生命的地球。

從很小的時(shí)候起，奧利維爾·居永就跟睡眠過(guò)不去：睡眠理應(yīng)在晚上，但居永卻更喜歡在夜晚保持清醒。居永在法國(guó)香檳酒產(chǎn)區(qū)的鄉(xiāng)下長(zhǎng)大。11歲那年，父母給他買了一架小小的望遠(yuǎn)鏡，他說(shuō)后來(lái)他們后悔了。一夜又一夜，他通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀看天空，第二天上課時(shí)打瞌睡。這架望遠(yuǎn)鏡后來(lái)不敷所用，于是他自己造了一架更大的。但是，雖然居永可以把看到的天體放大，一晚上有幾個(gè)小時(shí)卻是定數(shù)，無(wú)法延長(zhǎng)。有得必有所失，所以，在青春懵懂的一天，他決定“戒掉”睡眠。頭幾天的感覺(jué)棒極了，但大約一周之后，他重病不起。現(xiàn)在回想起來(lái)，他還忍不住打個(gè)冷戰(zhàn)。

如今43歲的居永有一架非常大的望遠(yuǎn)鏡可用。斯巴魯天文臺(tái)和另外12個(gè)天文臺(tái)坐落在夏威夷大島的莫納克亞山頂。斯巴魯?shù)?.2米反射鏡是世界上最大的單片主鏡之一。（這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡由日本國(guó)立天文臺(tái)運(yùn)營(yíng)，與同名的汽車公司沒(méi)有關(guān)聯(lián)——“斯巴魯”是昴星團(tuán)的日文名字。）在海拔4205米處，莫納克亞山提供了最高、最清晰的一處宇宙景觀，而從居永在希洛的家開(kāi)車過(guò)去只需要一個(gè)半小時(shí)。距離這么近，他可以隨時(shí)去測(cè)試、改進(jìn)由他建造并附著在望遠(yuǎn)鏡上的一套儀器，經(jīng)常一干就是通宵。他隨身帶著一保溫杯的濃咖啡，有段時(shí)間他還慣于往里加幾劑液體咖啡因提勁，直到一位朋友提醒他每天的攝入量已經(jīng)達(dá)到致命劑量的一半多了。

“我們可以在這里呆上幾周，逐漸把地球上的生活拋在腦后，”他告訴我，“起先你會(huì)忘了今天是星期幾，然后忘記給家人打電話。”

像西格爾一樣，居永也是麥克阿瑟獎(jiǎng)得主。他的特殊才能在于對(duì)光的掌握：如何擺弄光，操控光，以便瞥見(jiàn)一些如果沒(méi)有這種“魔法”，連斯巴魯?shù)拇箸R子也看不見(jiàn)的東西。

“最大的問(wèn)題是那里是否有生物活動(dòng)，”他指著天空說(shuō)，“如果有的話，是什么樣的活動(dòng)？有大陸嗎？海洋？云？如果能從恒星的光中提取出行星的光，所有問(wèn)題都可以得到解答。”

換句話說(shuō)，“如果”能看到這顆行星的話。但是，要想將一顆布滿巖石、地球大小的行星的光與其所屬恒星的光區(qū)分開(kāi)來(lái)，就像使勁瞇起眼睛來(lái)分辨出一只在泛光燈前幾厘米盤旋的果蠅。這似乎不可能，而使用今天的望遠(yuǎn)鏡，確實(shí)不可能。但是居永把目光投向了下一代地面望遠(yuǎn)鏡的潛力——如果能操縱它們非常、非常使勁地“瞇起眼睛”。

這正是他的儀器要做的事。這種儀器叫做——斯巴魯日冕極端自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)（SCExAO）。居永本想讓我看看系統(tǒng)的操作，但因?yàn)橥ｋ姡拱汪旉P(guān)了。于是他提議帶我參觀容納望遠(yuǎn)鏡的43米直徑穹頂建筑。這里的氧氣比海平面少40%。訪客如果擔(dān)心，可以背上瓶裝氧氣，但他認(rèn)為我不需要，于是我們出發(fā)了。

“前幾天，我正帶幾個(gè)科學(xué)家參觀，有個(gè)人突然暈倒了！”他說(shuō)，語(yǔ)氣中帶點(diǎn)驚訝，又帶點(diǎn)懊悔，“我本該看出來(lái)她挺難受的：默默跟著大家，一言不發(fā)。”我抓緊欄桿，提醒自己別忘了不斷發(fā)問(wèn)。

斯巴魯之類的地面望遠(yuǎn)鏡收集光線的能力比哈勃等太空望遠(yuǎn)鏡強(qiáng)大得多，主要原因是人們還無(wú)法將一面超過(guò)八米的鏡子塞到火箭中送入太空。但是地面望遠(yuǎn)鏡有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)：它們位于厚度以公里計(jì)的地球大氣層下面，空氣溫度的波動(dòng)導(dǎo)致光線不規(guī)則地彎曲——想想閃爍的星星，或者夏天瀝青路面上的蒸騰空氣，就明白了。

SCExAO的第一個(gè)任務(wù)是抵消這些干擾，方法是將來(lái)自恒星的光導(dǎo)向一面比一元硬幣還小、由2000個(gè)微型馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的變形鏡。根據(jù)來(lái)自一臺(tái)照相機(jī)的數(shù)據(jù)，馬達(dá)每秒鐘使鏡子變形3000次，以精確地對(duì)抗大氣像差，于是，我們便可以看到一束盡可能接近被大氣層干擾之前狀態(tài)的星光。接下來(lái)是“瞇眼”任務(wù)。對(duì)居永來(lái)說(shuō)，恒星的光是他“試圖消除的一個(gè)眩目光點(diǎn)”。他的儀器包括一個(gè)由光圈、鏡子和檔板構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，這被稱為日冕儀，只允許從行星反射的光通過(guò)。

這臺(tái)儀器的實(shí)際構(gòu)造要遠(yuǎn)為復(fù)雜，即便在不缺氧的海平面上，盯著裝置示意圖看一會(huì)兒也能令人頭暈。但是，一旦新一代望遠(yuǎn)鏡建成，最終觀測(cè)結(jié)果將是一個(gè)確確實(shí)實(shí)從一顆巖石行星投射來(lái)的可見(jiàn)光點(diǎn)。將這一圖像導(dǎo)入分光計(jì)（一種可以將光線分解成波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的裝置）中，就可以從中探尋生物印記。

西格爾、居永和大部分同行都同意，有一個(gè)生物印記在科學(xué)謹(jǐn)慎允許的范圍內(nèi)，幾乎可以構(gòu)成生命存在的確鑿證據(jù)。我們已經(jīng)有一個(gè)星球可以證明這一點(diǎn)。在地球上，作為光合作用的副產(chǎn)品，植物和某些細(xì)菌產(chǎn)生氧氣。氧氣是一種作風(fēng)放浪的分子——它跟地球表面上幾乎任何東西都可以來(lái)事兒，黏上就分不開(kāi)。所以，如果能找到證據(jù)證明一個(gè)大氣層中存在氧氣，人們的眉毛就會(huì)揚(yáng)起來(lái)。更能說(shuō)明問(wèn)題的，是由氧氣和與地球生命有關(guān)的其他化合物合成的生物印記。最令人信服的證據(jù)是同時(shí)找到氧氣和甲烷，因?yàn)檫@兩種來(lái)自生物的氣體會(huì)彼此消滅。兩者都找到，就意味著存在源源不斷的補(bǔ)充。

然而，將對(duì)外星生命的搜尋限制在氧氣和甲烷的范圍內(nèi)，未免就太以地球?yàn)橹行牧恕Ｉ梢圆扇〔煌诠夂献饔弥参锏男问健＜幢阍诘厍蛏希谘鯕忾_(kāi)始在大氣中積累之前，厭氧生物就已經(jīng)存在幾十億年了。只要能滿足一些基本要求——能量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和液體介質(zhì)——生命就會(huì)以多種方式進(jìn)化，產(chǎn)生許多種不同氣體。關(guān)鍵是找到超過(guò)應(yīng)有量的氣體。

我們也可以尋找其他種類的生物印記。植被中的葉綠素反射近紅外光——所謂的“紅邊”，人眼看不見(jiàn)，但用紅外望遠(yuǎn)鏡很容易觀察到。如果能在一顆行星的生物印記中找到它，很可能你就發(fā)現(xiàn)了一片外星森林。但是其他行星上的植被可能會(huì)吸收不同波長(zhǎng)的光——在有的行星上，“黑森林”可能真是黑色的，而在另外一些行星上，玫瑰是紅色的，而且其他所有植被也都是紅色的。

而且，為什么只著眼于植物呢？康奈爾大學(xué)卡爾·薩根研究所所長(zhǎng)麗莎·卡特內(nèi)格和她的同事們已經(jīng)公布了137種微生物的光譜特征，包括在極端地球環(huán)境中生存的微生物。在另一顆行星上，這些微生物也許普遍存在。難怪人們?nèi)绱藷崆械仄诖乱淮h(yuǎn)鏡。

阿拉巴馬州的一個(gè)設(shè)施進(jìn)行部署測(cè)試之前，工作人員在對(duì)NASA的“近地小行星探測(cè)器”部分卷起的太陽(yáng)帆進(jìn)行最終檢查。跟傳統(tǒng)船帆借助風(fēng)力推動(dòng)一樣，太陽(yáng)帆由陽(yáng)光的壓力推動(dòng)，從而將對(duì)燃料的需求降到最低。

這種由II-VI公司和代頓大學(xué)開(kāi)發(fā)的激光發(fā)射器是“突破攝星”將飛船推進(jìn)到最近的恒星系所需技術(shù)的前驅(qū)。發(fā)自該設(shè)備21個(gè)透鏡的激光束可會(huì)聚在一個(gè)遠(yuǎn)程目標(biāo)上。“突破攝星”的激光陣列將把近10億道類似的光束會(huì)聚到一起。

“近地小行星探測(cè)器”太陽(yáng)帆專家萊斯·約翰遜讓一小片鍍鋁塑料帆材料漂浮在空中，這種材料比人類的頭發(fā)還薄得多。用激光推動(dòng)的帆可以用輕得多的石墨烯制成。他說(shuō)：“今天的太陽(yáng)帆有朝一日會(huì)衍生出更強(qiáng)大的能量帆，把我們的子孫送往星空。”

加州山景城NASA艾姆斯研究中心開(kāi)發(fā)的Sprite航天器不比一張郵票大多少，它預(yù)示有一天“突破攝星”計(jì)劃的飛船可能會(huì)攜帶傳感器，在離地球最近的恒星系統(tǒng)中探測(cè)生命。

卡特內(nèi)格說(shuō)：“有史以來(lái)，我們第一次有可能收集到足夠的光。我們會(huì)看出一些名堂。”

在新一代地面望遠(yuǎn)鏡中，將最早落成且最強(qiáng)大的一臺(tái)是歐洲南方天文臺(tái)位于智利阿塔卡馬沙漠的極大望遠(yuǎn)鏡（ELT），定于2024年開(kāi)始運(yùn)行，其39米反射鏡的集光力將超過(guò)所有現(xiàn)存斯巴魯規(guī)格望遠(yuǎn)鏡之總和。配上居永儀器的升級(jí)版，ELT將有充分能力對(duì)位于紅矮星（銀河系中最常見(jiàn)的一些恒星）宜居帶的巖石行星進(jìn)行成像。紅矮星比我們的黃矮星太陽(yáng)更小、更暗，所以其宜居帶在更為貼近的軌道上。行星離恒星越近，反射的光就越多。

可惜，紅矮星的宜居帶不是銀河系中最舒適的地方。紅矮星能量極其充沛，在經(jīng)歷西格爾稱之為“極長(zhǎng)、極糟糕的青春反叛期”時(shí)，經(jīng)常向太空射出耀斑。也許，某個(gè)大氣層的進(jìn)化使其得以保護(hù)新生生命不被這些太陽(yáng)耀斑烤焦。但是紅矮星周圍的行星也有可能被“潮汐鎖定”——總是向恒星展示固定的一側(cè)，就像月亮只有一面對(duì)著地球一樣。這將使行星的一半變得對(duì)生命來(lái)說(shuō)太熱，而另一半又太冷。但是，中間地帶卻可能足夠溫和，可以容納生命。

事實(shí)上，有一顆巖石行星叫做半人馬座比鄰星b，在半人馬星座比鄰星的宜居帶軌道上運(yùn)行。比鄰星是距離我們最近的一顆紅矮星，大約距地球4.2光年，也就是40萬(wàn)億公里。“這是一個(gè)非常令人興奮的目標(biāo)，”居永說(shuō)。但是他同意西格爾的觀點(diǎn)：找到生命的最佳機(jī)會(huì)將在環(huán)繞類日恒星運(yùn)行的一顆類地行星上。ELT及其同類在收集光線方面將會(huì)非常出色，但即使巨型地面望遠(yuǎn)鏡也無(wú)法將一顆行星的光線和比之明亮100億倍的恒星的光線區(qū)分開(kāi)來(lái)。

做到這一點(diǎn)需要更多時(shí)間和更加奇妙的技術(shù)——在有的人看來(lái)，這樣的技術(shù)簡(jiǎn)直就是癡人說(shuō)夢(mèng)。還記得西格爾墻上的花瓣?duì)蠲姘鍐幔磕鞘敲麨椤罢谛前濉钡奶諆x器的一個(gè)構(gòu)件。其設(shè)計(jì)方案由28塊面板組成，圍繞一個(gè)中心樞紐布置，像一棵巨大的向日葵，直徑超過(guò)30米。花瓣的形狀很精確，起伏的波紋可以讓來(lái)自恒星的光線偏轉(zhuǎn)，在遮星板后面留下一個(gè)超暗的陰影。如果將一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)遠(yuǎn)放置在黑暗隧道的深處，就能夠捕捉到遮星板邊緣之外來(lái)自類地行星的可見(jiàn)微光。

遮星板最早的可能合作伙伴是計(jì)劃于2020年代中期建成的廣域紅外觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡（WFIRST）。這兩個(gè)航天器將彼此協(xié)作，好像跳一場(chǎng)太空雙人舞：遮星板將緩步到位，阻擋從恒星發(fā)出的光，這樣WFIRST就可以探測(cè)到它周圍的任何行星，并有可能對(duì)其光譜進(jìn)行采樣，尋找生命跡象。當(dāng)WFIRST忙于其他任務(wù)時(shí)，遮星板將飛向目標(biāo)名單上的下一顆恒星，擋住其光線。盡管兩個(gè)舞者之間相隔數(shù)萬(wàn)公里，但它們必須對(duì)齊到1米誤差之內(nèi)，舞才跳得起來(lái)。

遮星板由位于加州帕薩迪納的NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)，到最后建成尚需十年左右時(shí)間，而且誰(shuí)也不能保證一定會(huì)得到資金支持。西格爾希望領(lǐng)導(dǎo)這個(gè)項(xiàng)目，她信心滿滿。但愿如此。太空中，一朵巨大的花兒展開(kāi)花瓣擋住來(lái)自遙遠(yuǎn)太陽(yáng)的光，讓人們查看圍繞它旋轉(zhuǎn)的大大小小的世界中是否有生命，這種獨(dú)特前景多么令人振奮！

當(dāng)喬恩·理查茲2008年回應(yīng)一條程序員招聘廣告時(shí)，他萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到會(huì)在之后十年的大半時(shí)間里到北加利福尼亞的偏遠(yuǎn)山谷尋找外星人。搜尋外星智能的事業(yè)簡(jiǎn)稱“SETI”，既指一項(xiàng)研究，也指一個(gè)名為SETI研究所的非營(yíng)利組織，后者雇用理查茲來(lái)管理艾倫望遠(yuǎn)鏡陣列（ATA，距位于硅谷的研究所總部550公里）。ATA是地球上唯一專門為探測(cè)來(lái)自外星文明的信號(hào)而建造的設(shè)施，主要由已故微軟聯(lián)合創(chuàng)始人保羅·艾倫資助，最初的構(gòu)想是由350臺(tái)直徑6米的射電望遠(yuǎn)鏡組成陣列，但由于長(zhǎng)期資金困難只建造了42座。一度曾有七名科學(xué)家協(xié)助運(yùn)行ATA，但逐步減員后，理查茲自嘲為“最后一個(gè)屹立在戰(zhàn)場(chǎng)上的人”。

在8月份一個(gè)炎熱的日子，該地區(qū)發(fā)生一連串野火后不久，我來(lái)看望理查茲。煙氣遮住了周圍群山的景色，身影朦朧的碟形天線似乎從洪荒之始就未曾變動(dòng)，就像復(fù)活節(jié)島雕像一樣，都執(zhí)拗地凝視著毫無(wú)特色的天空中同一個(gè)地方。理查茲帶我去了其中一座，打開(kāi)下面的艙門，露出它新安裝的饋線：一個(gè)裝在厚厚的玻璃錐體中閃閃發(fā)光的鋸齒銅錐。“看起來(lái)有點(diǎn)像死光武器，”他說(shuō)。

理查茲的工作是管理硬件和軟件，包括用以篩選每天晚上流入望遠(yuǎn)鏡的數(shù)十萬(wàn)個(gè)無(wú)線電信號(hào)的算法，以尋找“有趣的信號(hào)”。自從60年前人們開(kāi)始搜尋外星信號(hào)以來(lái)，無(wú)線電頻率一直是SETI最受歡迎的獵場(chǎng)，主要因?yàn)樗鼈冊(cè)谔罩新眯械男首罡摺ETI科學(xué)家特別關(guān)注無(wú)線電頻譜中的一個(gè)安靜區(qū)域，那里沒(méi)有來(lái)自星系的背景噪聲。在相對(duì)不受干擾的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行搜索比較合理，因?yàn)檫@是智能外星人最有可能發(fā)送信號(hào)的地方。

理查茲告訴我，ATA正按一個(gè)清單逐個(gè)探測(cè)目標(biāo)，清單上包含2萬(wàn)個(gè)紅矮星。晚上，他確保一切正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在他入睡期間，天線碟面指向目標(biāo)，光子快速通過(guò)光纖，來(lái)自宇宙的無(wú)線電“音樂(lè)”流向巨大的處理器。如果一個(gè)信號(hào)通過(guò)了測(cè)試，表明它既不是來(lái)自自然來(lái)源，也不是來(lái)自一些日常的地球來(lái)源——一顆衛(wèi)星、一架飛機(jī)、某人的遙控汽車鑰匙——計(jì)算機(jī)就會(huì)發(fā)出電子郵件警報(bào)。這類電子郵件他可不想錯(cuò)過(guò)，所以理查茲設(shè)置了電信服務(wù)，將消息轉(zhuǎn)發(fā)到他手機(jī)上。因此，可以設(shè)想，我們與外星文明的第一次接觸很可能來(lái)自一條短信，震響的手機(jī)就放在理查茲床頭柜上。

在加州瓦列霍的“六旗發(fā)現(xiàn)王國(guó)” 主題公園， 普林西亞學(xué)院和SETI研究所的勞倫·道爾與一些“地外”高智能生物進(jìn)行了交流。道爾對(duì)海豚和鯨交流系統(tǒng)的研究有助于科學(xué)家解讀外星語(yǔ)言的模式。

在加州瓦列霍的“六旗發(fā)現(xiàn)王國(guó)” 主題公園， 普林西亞學(xué)院和SETI研究所的勞倫·道爾與一些“地外”高智能生物進(jìn)行了交流。道爾對(duì)海豚和鯨交流系統(tǒng)的研究有助于科學(xué)家解讀外星語(yǔ)言的模式。

然而，到目前為止，所有的有趣信號(hào)都是假警報(bào)。不像其他一些進(jìn)步可以累積的實(shí)驗(yàn)，SETI只有兩個(gè)狀態(tài)：要么外星人正巧在你值班時(shí)找你聊天，要么沒(méi)有。假設(shè)他們真的就在太空中什么地方，而你尋找他們的時(shí)間、地點(diǎn)、射頻碰巧全都合適，這種機(jī)會(huì)實(shí)在不大。SETI已退休的前研究主管吉爾·塔爾將這種搜尋比作將一只杯子在大海里浸一下：撈到一條魚(yú)的機(jī)會(huì)極其微小，但并不意味著大海中魚(yú)不多。不幸的是，美國(guó)國(guó)會(huì)很久以前就對(duì)浸杯子失去了興趣，于1993年突然終止了資助。

我們應(yīng)該尋找的不是來(lái)自ET的信息，而是ET之所以為ET的跡象。我們也許能夠感知到其不同于人類的智慧。

好消息是，雖然SETI研究所斷了糧，SETI研究項(xiàng)目最近卻獲得了頗為可觀的資助，令整個(gè)領(lǐng)域大為振奮。2015年，尤里·米爾納，一位俄羅斯出生的風(fēng)險(xiǎn)投資家，創(chuàng)立了“突破倡議”，承諾提供至少2億美元在宇宙中尋找生命，其中1億專門用于尋找外星文明。米爾納是臉書(shū)、推特和其他許多互聯(lián)網(wǎng)公司的早期投資者。在那之前，他在俄羅斯成立了一家非常成功的互聯(lián)網(wǎng)公司。他的慈善愿景可以概括為：如果大家公認(rèn)尋找外星智慧生命的證據(jù)值得花1億美元，那么何不由他來(lái)出這1億美元呢？

米爾納說(shuō)話溫和，不引人注目，直到他站在我椅子旁邊，我才發(fā)現(xiàn)他來(lái)了。他告訴我他的背景——物理學(xué)學(xué)位，對(duì)天文學(xué)的終生熱愛(ài)，用宇航員尤里·加加林的名字給他起名的父母親。加加林在米爾納出生前七個(gè)月成為第一個(gè)進(jìn)入外層空間的人。米爾納出生和加加林上天都是在1961年。米爾納指出，也是在那一年，SETI啟動(dòng)。他說(shuō)：“冥冥中，一切相互關(guān)聯(lián)。”

通過(guò)他的首創(chuàng)項(xiàng)目之一“突破聆聽(tīng)”，他打算在10年內(nèi)花掉1億美元，其中大部分用在加州大學(xué)伯克利分校的SETI研究中心。另一個(gè)項(xiàng)目“突破觀察”是資助新的技術(shù)，與歐洲南方天文臺(tái)在智利的超大型望遠(yuǎn)鏡合作尋找生物印記。

最為野心勃勃的是米爾納的“突破攝星”計(jì)劃，投資1億美元探索前往離我們最近的恒星系統(tǒng)——半人馬座阿爾法星的可行性，巖石星球比鄰星b就位于這個(gè)恒星系統(tǒng)中。要明白這一挑戰(zhàn)有多么嚴(yán)峻，需要一點(diǎn)洞察力。1977年發(fā)射的第一艘“旅行者號(hào)”飛船，用了35年才進(jìn)入星際空間。以這種速度航行，“旅行者號(hào)”需要大約7.5萬(wàn)年才能到達(dá)半人馬座阿爾法星。就目前對(duì)“攝星”的規(guī)劃而言，一隊(duì)卵石大小的宇宙飛船以五分之一光速在太空中飛馳，僅用20年就能到達(dá)半人馬座阿爾法星。根據(jù)最初由加州大學(xué)圣巴巴拉分校物理學(xué)家菲利普·魯賓提出的規(guī)劃，這個(gè)微縮版的哥倫布艦隊(duì)將由一個(gè)地基激光陣列推進(jìn)，其聚集在飛船上的能量比一百萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)還要強(qiáng)大。也許，這個(gè)計(jì)劃根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。但這正是私人資金的優(yōu)勢(shì)：與政府項(xiàng)目不同，人們不但允許你押寶，而且指望你大賭一把。

“讓我們過(guò)五年或十年再來(lái)看看這計(jì)劃可不可行，”米爾納聳聳肩說(shuō)道，“我熱心不是因?yàn)槲艺J(rèn)定計(jì)劃中哪一點(diǎn)一定能成功。我熱心是因?yàn)橹档靡辉嚒！?/p>

會(huì)見(jiàn)米爾納的第二天，我去SETI在加州大學(xué)伯克利校園的研究中心拜訪了“突破聆聽(tīng)”慷慨捐贈(zèng)的受益者。伯克利SETI研究中心主任安德魯·西米翁的任務(wù)是將智能外星人搜索提升到一個(gè)新的水平。除了伯克利的任命，他還擔(dān)任SETI研究所本部的相關(guān)研究負(fù)責(zé)人，包括ATA的運(yùn)作。

38歲的西米翁看起來(lái)就像個(gè)不折不扣的新一代SETI大師：頭剃得精光，身材緊湊，一條細(xì)細(xì)的金鏈在考究襯衫的紐扣上方隱隱閃現(xiàn)。他肯定了過(guò)去幾十年塔爾特及其SETI研究所同事們所做的研究，同時(shí)熱切地指出SETI今后的發(fā)展跟過(guò)去大有不同。SETI最初的靈感來(lái)自于建立聯(lián)系的可能性——我們向外面張望，希望看到從外面向我們張望的外星人。SETI 2.0版試圖確定科技文明是否如黑洞、引力波或其他天文現(xiàn)象一樣，是宇宙景觀的一部分。

他告訴我，“突破聆聽(tīng)”絕不是放棄對(duì)無(wú)線電信號(hào)的傳統(tǒng)搜索;相反，在這方面的投入還有所增加：在西弗吉尼亞和澳大利亞的兩臺(tái)單碟式射電望遠(yuǎn)鏡上，大約四分之一的觀看時(shí)間是用于SETI項(xiàng)目。使西米翁更加興奮的是與南非新MeerKAT望遠(yuǎn)鏡的合作，那是由64個(gè)射電天線碟組成的陣列，每一個(gè)的尺寸都是ATA的兩倍多。“突破聆聽(tīng)”將對(duì)100萬(wàn)顆恒星進(jìn)行不間斷監(jiān)聽(tīng)，在未來(lái)十年將把南非和澳大利亞的數(shù)千個(gè)天線碟連接起來(lái)，全部鏡面的接收面積加在一起將超過(guò)1平方公里。

西米翁還告訴我其他一些有關(guān)SETI的情況——“突破聆聽(tīng)”與位于中國(guó)、澳大利亞和荷蘭的望遠(yuǎn)鏡的合作，以及其他地方對(duì)可見(jiàn)光信號(hào)和紅外信號(hào)的搜索。大體說(shuō)來(lái)，SETI正在經(jīng)歷從作坊產(chǎn)業(yè)向全球企業(yè)的轉(zhuǎn)變。

最重要的是，我們自身文明中技術(shù)的加速發(fā)展賦予了我們力量和靈感，讓我們從另一個(gè)角度來(lái)審視探索的目標(biāo)。60年來(lái)，我們一直在等ET（外星人）給地球打電話。但ET多半并沒(méi)有令其信服的理由與我們溝通，就好像我們不覺(jué)得要向一群螞蟻問(wèn)好一樣。我們可能覺(jué)得跟自己的過(guò)去相比，在技術(shù)上已經(jīng)滿成熟了，但是與宇宙中可能存在的其他文明相比，我們還處在幼年期呢。我們能夠探測(cè)到的任何文明都有可能領(lǐng)先我們數(shù)百萬(wàn)年，或許數(shù)十億年。

我們應(yīng)該尋找的不是來(lái)自ET的信息，而是ET之所以為ET的跡象。其不同于人類的智慧我們可能還無(wú)法理解，但是通過(guò)尋找技術(shù)證據(jù)——所謂的“技術(shù)印記”——我們也許能夠感知到。

最明顯的技術(shù)印記是我們已經(jīng)制作或設(shè)想可以制作的東西。哈佛大學(xué)的阿維·洛布是“突破攝星”咨詢委員會(huì)的主席，他指出，如果另一個(gè)文明使用類似的激光推進(jìn)在太空中航行，它跟“攝星”類似的激光束在宇宙的邊緣都可以看見(jiàn)。洛布還建議尋找氯氟烴的光譜特征，對(duì)于未能活過(guò)技術(shù)幼年階段的外星人，釋放過(guò)量氯氟烴污染大氣可能是他們滅絕的原因。

拜訪洛布時(shí)，他告訴我：“基于人類自己的行為來(lái)推想，一定有許多文明因?yàn)闉E用技術(shù)力量而自取滅亡。如果我們?cè)诖輾ё约旱男乔蛑罢业剿鼈儯湍軐W(xué)到很多東西。我們可以從中吸取教訓(xùn)。”

樂(lè)觀一點(diǎn)來(lái)看，從成功解決能源問(wèn)題的文明中，我們可以學(xué)到更多。在NASA的一次技術(shù)印記會(huì)議上（是的，四分之一世紀(jì)后，NASA也重返SETI游戲），有人談到要從幻想中人類在未來(lái)建造的巨型建筑獲取余熱。“戴森球”是包圍一顆恒星并捕獲其所有能量的假想太陽(yáng)能陣列裝置，如果圍繞我們自己的太陽(yáng)構(gòu)建一個(gè)戴森球，1秒鐘內(nèi)就能產(chǎn)生按當(dāng)前需求量足夠我們使用100萬(wàn)年的能量。假如了解到其他文明已經(jīng)完成了如此壯舉，也許會(huì)給我們帶來(lái)一些希望。

不管怎么說(shuō)，空間是廣闊無(wú)垠的，時(shí)間也是如此。即便我們擁有越來(lái)越強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)和望遠(yuǎn)鏡，有SETI益發(fā)豐富的研究計(jì)劃，再加上100個(gè)尤里·米爾納的財(cái)力助推，可能還是永遠(yuǎn)碰不到外星智能。另一方面，某顆遙遠(yuǎn)星球上生命的首次宣示似乎隨時(shí)可能發(fā)生，又令人感到毛骨悚然。

“你永遠(yuǎn)不知道會(huì)發(fā)生什么，”西格爾說(shuō)，“但我的確知道那些恒星周圍有著某種偉大的存在。”

下一代行星獵手

地面儀器

地基望遠(yuǎn)鏡可以容納相對(duì)較易維護(hù)的重量大、功能強(qiáng)的光學(xué)器件。但是地球的大氣層過(guò)濾并扭曲了星光，限制了這些望遠(yuǎn)鏡觀察外層空間的能力。

軌道儀器

遠(yuǎn)離地球大氣層的太空望遠(yuǎn)鏡可以探測(cè)電磁波譜中的頻率和波長(zhǎng)。但要發(fā)射升空，尺寸得夠小，而且它們飛得太遠(yuǎn)，無(wú)法進(jìn)行后續(xù)修理。

開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了數(shù)千顆系外行星，去年燃料耗盡時(shí)退役，但是新望遠(yuǎn)鏡預(yù)示著狩獵行動(dòng)會(huì)有巨大的改進(jìn)。這里展示的望遠(yuǎn)鏡有望大大提高我們探測(cè)幾千光年之外的宜居性跡象的能力。除了體積大小和離恒星的距離之外，這些望遠(yuǎn)鏡還可以研究一顆行星的的地形，檢查云層。

探求光明

地球生命的氣態(tài)跡象 穿過(guò)大氣層的電磁能量（ 光） 會(huì)產(chǎn)生這樣的光譜，表明存在與生命相關(guān)的化合物。

圖中，一顆系外行星在一顆非常像太陽(yáng)的恒星前運(yùn)行。一種發(fā)現(xiàn)行星是否可能包含生命的方法是尋找被稱為生物印記的信號(hào)。當(dāng)恒星的光被一顆行星反射，或者穿過(guò)行星的大氣層（如藍(lán)色光環(huán)所示）時(shí)，氣體會(huì)吸收特定的波長(zhǎng)。通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察到的光譜可以顯示是否存在與生命相關(guān)的氣體，如氧氣、二氧化碳或甲烷。

觀測(cè)色彩

地球生命的彩色標(biāo)志 紅光的吸收和近紅外光的反射（ 被稱為植被“紅邊”）之間光譜的鮮明對(duì)比表明植物的存在。

在地球上，光合作用植物中的葉綠素吸收紅光和藍(lán)光，所以植物看起來(lái)是綠色的。然而在其他生物世界，光合作用可能會(huì)使用不同的色素。從這顆假想系外行星的冰冷月亮上看過(guò)去，行星的淡紫色來(lái)自一種叫做視黃醛的色素，這種色素也能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)化為代謝能量，并且在地球早期的生命歷史中可能先于葉綠素出現(xiàn)。

擁有智慧的外星生物

來(lái)自太空的信號(hào)尖峰 這個(gè)來(lái)自對(duì)14個(gè)行星系統(tǒng)調(diào)查的功率譜包含了一個(gè)看起來(lái)很有希望的信號(hào)，但沒(méi)有證據(jù)表明它是由智慧生物創(chuàng)造的。

迄今為止，對(duì)外星智慧的搜索一直集中在探測(cè)從太空傳來(lái)的無(wú)線電信號(hào)上。隨著計(jì)算能力的提高和更靈敏的望遠(yuǎn)鏡誕生，研究人員正在將搜索范圍擴(kuò)大到可見(jiàn)光和紅外線信號(hào)，試圖發(fā)現(xiàn)先進(jìn)文明的“技術(shù)印記”。這可能包括激光脈沖、污染氣體或者圍繞附近的一顆恒星而建造的巨型能量采集裝置。

尋找宜居性空間

沒(méi)有接收太多的太陽(yáng)輻射，而且距太陽(yáng)有一定距離使水處于液態(tài)。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)47顆符合這些特征的系外行星。但隨著新望遠(yuǎn)鏡在銀河系中搜尋行星的范圍遠(yuǎn)超以往，這個(gè)數(shù)字將會(huì)不斷增長(zhǎng)。

激光驅(qū)動(dòng)力

“突破攝星”是一項(xiàng)處于開(kāi)發(fā)階段的雄心勃勃的計(jì)劃，將派遣小型探測(cè)器經(jīng)過(guò)20年的旅程前往系外行星半人馬座比鄰星b。但即便是重量極輕的航天器也需要燃料，走得越遠(yuǎn)，所需越多。提出的解決方案？舍棄燃料，從軌道衛(wèi)星發(fā)射探測(cè)器，用地球上的激光器提供推進(jìn)力。