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天體生物學——對外星生命的研究——自 20 世紀 60 年代起源以來取得了長足的進步，當時進化生物學家喬治·蓋洛德·辛普森嘲笑它是“一門沒有主題的科學”。今天，它比以往任何時候都更加蓬勃發展，這得益於公眾持久的高度興趣和穩步增長的科學聲譽。
在上週的新聞釋出會上，兩位 NASA 高階官員——該機構的首席科學家艾倫·斯托凡和 NASA 科學專案的前宇航員兼副局長約翰·格倫斯菲爾德——預測天體生物學家最終將在未來一二十年內找到他們難以捉摸的外星研究物件。不久前，這個預測還是大膽的，但現在看來幾乎已經過時了，因為越來越多的證據表明，我們所知的生命的溫暖潮溼的條件在宇宙中普遍存在。當然，簡單的單細胞生命應該在那裡很常見，等待著被火星地下鹽水中的探測器發現，或者被送往探測木衛二冰冷衛星海洋的任務發現，甚至可以透過太空望遠鏡凝視圍繞遙遠恆星執行的類地行星來發現。NASA 為所有這些努力提供了慷慨的資金。
另一方面，可能存在智慧外星人和外星文明仍然更具爭議，並且幾乎沒有資金支援。即便如此，半個多世紀以來，一小部分分散的天文學家一直在逆流而上，從事對外星智慧的搜尋（SETI）。SETI 主要尋找健談的宇宙文化，這些文化可能正在使用無線電波或雷射脈衝在我們星系區域周圍傳送資訊。但它的星際竊聽尚未檢測到任何經得起仔細審查的訊號。即使充滿生命，對我們來說，星系似乎也是一個非常安靜、相當孤獨的地方。
現在，新的結果表明，這種孤獨感可能會延伸到我們星系之外的宇宙深處，或者，相反，我們對外星文明行為的一些先入為主的觀念存在嚴重缺陷。在檢查了大約 10 萬個附近的星系後，由賓夕法尼亞州立大學天文學家傑森·賴特領導的一個研究團隊得出結論，其中沒有任何星系包含高度發達的科技文明的明顯跡象。該研究發表在The Astrophysical Journal Supplement Series上，是迄今為止同類研究中規模最大的一次——早期的研究只粗略地調查了大約一百個星系。
熱量多於光
與傳統的 SETI 調查不同，賴特和他的團隊沒有尋找來自恆星的資訊。相反，他們根據物理學家弗里曼·戴森在 1960 年提出的一個想法，尋找銀河系規模殖民的熱力學後果。戴森假設，不斷發展的技術文化最終會受到能源獲取的限制，而先進的、能源飢渴的文明將被驅使去收集來自其恆星的所有可用光。為了做到這一點，他們可能會拆除一兩個行星作為原料，用於建造包裹恆星的太陽能收集器群。當恆星被包裹在這樣的“戴森球”中時，它的光線會減弱，但戴森指出，這些結構可以透過它們輻射出的廢熱的中紅外光芒來檢測到——本質上與你的電腦執行時發熱的現象相同。1963 年，俄羅斯天文學家尼古拉·卡爾達舍夫擴充套件了這些想法，開發了一個三分法分類系統來衡量文明的能源使用量。“1 型”文明將利用其母星的所有能量，而 2 型文明則利用其恆星的所有能量，可能透過在其周圍建造戴森球來實現。3 型文明將能夠利用其星系的所有能量，大概是透過將所有恆星都包裹在戴森球中來實現。
賴特的團隊無法從 NASA 或國家科學基金會等標準來源獲得資金，轉而求助於坦普爾頓基金會，這是一個私人組織，長期以來一直支援有爭議的和推測性的研究。有了這筆資金，該團隊在美國宇航局的廣域紅外巡天探測器 (WISE) 的全天目錄中搜索了 3 型文明。他們尋找在光學上昏暗但在中紅外波段明亮的天體——這是充滿吸收星光、發射熱量的戴森球的星系的預期特徵。在使用軟體自動篩選了 WISE 目錄中的約 1 億個天體後，賴特的學生羅傑·格里菲斯手動檢查了剩餘的候選天體，剔除了那些不是星系或明顯的儀器偽影的天體。
結果是大約 10 萬個星系，其中約有 50 個星系發出的熱量遠多於光。加州州立理工大學波莫納分校的學生傑西卡·馬爾多納多隨後查閱了天文文獻，以確定關於這些頂級候選星系的已知資訊。其中許多星系都經過深入研究，可以解釋為正在合併的星系對，或解釋為孤立的“星爆”星系——這兩個過程都可以加熱星系數量的阻光塵埃，從而產生強大的紅外光芒。研究人員表示，另外 90 個熱光比較低的星系值得進一步研究，但總的來說，結果為零。“在卡爾達舍夫等級中，3 型文明使用的能量相當於一個星系產生的所有星光，”賴特說。這相當於一個紅外波段明亮但似乎沒有恆星的星系。“我們查看了我們在 WISE 目錄中能找到的最近、最大的 10 萬個星系，但我們從未看到過。十萬個星系，沒有一個有這種特徵。我們在樣本中沒有發現任何 3 型文明，因為根本沒有。”
即使先進文明不建造戴森球，賴特的零結果也適用於在星系尺度上發生的任何其他能源密集型“天文工程”。“像賴特和他的同事們那樣尋找光的缺失以及廢熱，真的很酷，”費米國家加速器實驗室的天體物理學家詹姆斯·安尼斯說，他在 20 世紀 90 年代末使用不同的方法調查了一百多個附近的星系，尋找 3 型文明。“在某種意義上，星系文明如何獲得或使用其能量並不重要，因為熱力學第二定律使能量使用難以隱藏。他們可以建造戴森球，他們可以從旋轉的黑洞中獲取能量，他們可以在星系寒冷的邊緣建造巨大的計算機網路，而所有這些都會產生廢熱。賴特的團隊直接找到了你期望看到任何廢熱的曲線峰值，但他們只是沒有看到任何明顯的東西。”
反對帝國
可能存在銀河帝國的想法，實際上來自於對我們地球自身情況看似合理的推斷。
我們知道，至少在一個星球上出現了微生物生命，然後生命沿著進化階梯攀升，構建了大型身體、大腦、社會，並最終構建了可以將其帶到其他行星（甚至其他恆星）的技術。如果它發生在我們這裡，為什麼不會發生在天文學家現在估計每個星系中都有數十億個其他宜居行星上呢？“生命一旦成為太空旅行者，似乎可以在短短 5000 萬年內穿越一個星系，”安尼斯說。“與行星和星系數十億年的時間尺度相比，5000 萬年是一個非常短的時間。你可能會期望生命在宇宙存在至今的近 140 億年中多次縱橫交錯一個星系。太空旅行文明可能很少見且孤立，但只需要一個文明想要並且能夠改造它的星系，你就能看到它。如果你觀察足夠多的星系，你最終應該會看到一些明顯是人造的東西。這就是為什麼我們越看，一切看起來越自然，就越令人不安。”
多年來，研究人員為 SETI 未能找到任何外星人創造了大量的可能解釋。也許我們是孤獨的，或者天體物理學和生物學施加的某些限制使得智慧生命極其稀有，或者技術文明總是自我毀滅，或者星際旅行太難、太慢或太無聊。安尼斯懷疑，在宇宙早期更頻繁發生的被稱為伽馬射線暴的星系滅菌天體物理爆炸，直到最近才抑制了先進文明的興起，並且我們居住在“歷史的開端”。
但正如科學文獻中充滿了想法一樣，一些最引人入勝的想法反而來自科幻小說。科幻作家卡爾·施羅德在 2011 年借鑑了亞瑟·C·克拉克的名言“任何足夠先進的技術都與魔法無異”，為外星人的明顯缺失提出了一個非常合理的理由：“任何足夠先進的技術都與自然無異。”在這種觀點看來，技術的未來將不是星際跳躍文明像野火一樣在星系中蔓延，分解行星和扼殺太陽，而是緩慢發展的文化越來越融入其自然環境，努力提高效率，並越來越接近熱力學平衡。簡而言之，揮霍無度的跨星系帝國是不可持續的，因此我們看不到它們。“SETI 本質上是對技術廢棄物的搜尋，”施羅德寫道。“廢熱、廢光、廢電磁訊號——我們只需要假設成功的文明不會產生這種浪費，SETI 的失敗就得到了解釋。”
根據大衛·布林（David Brin）的說法，他是一位天體物理學家，也是暢銷科幻作品的作者，思考宇宙的“大寂靜”，賴特的廣泛研究為戴森球的可能性敞開了大門，但可能是對那些過時的、認為可以利用整個星系的能量的全方位帝國概念的棺材釘。“為什麼先進的生物需要或想要那樣做？”布林問道。“只有一項令人震驚的龐大專案才能證明這種貪婪是合理的……。不會再有像我們這樣溫和、受歡迎的系統；一切都將轉化為工業用途。這是貪婪使用者的特徵，他們要麼有充分的理由，要麼有極大的貪得無厭。”
未來展望
1973 年，卡爾·薩根為卡爾達舍夫等級設計了一個更經驗化的公式，允許更精細的等級劃分。他計算出，我們目前受地球束縛的文明等級為 0.7 型，並且在未來幾個世紀能源使用量持續增長的情況下，將達到 1 型文明，過去幾個世紀以來，能源使用量每年增長約 3%。為了維持這種趨勢，人類需要在大約一千年的時間內建造我們自己的戴森球，成為 2 型文明，並且需要在之後的一千年內將銀河系的大部分恆星都包裹在戴森球中，成為 3 型文明。
其含義是明確的：在相對較少的幾代人的時間跨度內——與整個人類歷史相比，這只是短暫的一瞬間——要麼我們必須改造太陽系，然後改造大部分星系本身，要麼我們的文明必須轉向一種截然不同、能源密集度較低的增長趨勢。在 20 世紀 60 年代，在令人眼花繚亂的太空時代早期，人們更容易相信前者更有可能；而今天，生態和經濟災難都使後者似乎更加確定。這種關於更安靜、更緩慢的增長，甚至是停滯的數字預言，與傳統 SETI 搜尋以及賴特、安尼斯和其他少數人進行的罕見的、非正統的戴森搜尋的零結果是一致的。
如果他能獲得更多資金，賴特打算進行後續工作，調查他調查中最奇怪的一些星系，尋找卡爾達舍夫等級中更低級別的文明。他還希望檢查銀河系銀盤外的一個奇怪的光學黑暗點光源星團，他的團隊透過 WISE 資料中的紅外輝光發現了該星團。賴特說，這個星團可能是一個以前不為人所知的巨型分子云，一個充滿原恆星的未繪製星圖的恆星育兒所。但“它也幾乎完全是你期望看到的戴森球星團的樣子。”看來戴森的夢想仍然活著。
戴森現年 91 歲，但仍然渴望在他位於新澤西州普林斯頓高等研究院的辦公室談論 SETI，他說零結果並不令人驚訝，但不應該令人沮喪。“我們對外國人可能使自己被探測到的方式的想象總是像黑暗房間裡的黑貓的故事，”戴森說。“如果真的有外星人，他們可能會以我們從未想象過的方式行事。WISE 的結果表明，外星人沒有遵循一條特定的道路。知道這一點很好。但這仍然為各種各樣的其他道路敞開了大門。一次猜測的失敗並不意味著我們應該停止尋找外星人。”