本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
“有很多理由要謙虛,”我母親在我小時候常說。但作為一名天文學家工作了三十年後,我可以再補充一個理由:我們周圍宇宙的豐富性。
在現代天文學發展之前,人類傾向於認為物理世界以我們為中心。太陽和星星被認為圍繞地球旋轉。雖然現在看來很幼稚,但這卻是一個自然的起點。當我的女兒們還是嬰兒時,她們傾向於認為世界以她們為中心。她們的成長描繪了人類歷史的加速縮影。隨著她們長大,她們變得成熟,並獲得了更平衡的視角。
同樣,觀察天空讓我們意識到宏大的景象,並教會我們謙遜。我們現在知道我們不是物理宇宙的中心,因為地球繞太陽執行,太陽繞銀河系中心旋轉,而銀河系本身以相對於宇宙靜止框架約 0.001c(c 是光速)的特殊速度漂移。
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然而,許多人仍然相信我們可能位於生物宇宙的中心;也就是說,生命是稀有的或地球獨有的。與此相反,我的工作假設,從上面物理宇宙的例子中得出,是我們並不特別,不僅在我們的物理座標方面,而且作為一種生命形式。採納這種觀點意味著我們並不孤單。在其他地方應該存在生命,包括原始的和智慧的形式。這個由“宇宙謙遜”原則暗示的結論具有重要意義。如果生命很可能在其他地方存在,我們應該以其所有可能的形態去尋找它。
我們的文明已經達到了一個重要的里程碑。我們現在擁有前所未有的技術來尋找外星生命,無論是原始的還是智慧的。對原始生命的搜尋目前正在進行中,並且資金充足,但對智慧生命的搜尋卻不在聯邦資助機構的主流範圍內。鑑於已知唯一存在生命的星球——地球,同時顯示了原始和智慧的生命形式,情況不應如此。
我們的第一批無線電訊號已經洩漏到 100 多光年之外的距離,我們可能很快就會收到回應。與其被費米悖論:“每個人都在哪裡?”所引導,或者被關於智慧稀有性的哲學論證所引導,我們不如投入資金建造更好的天文臺,並在天空中搜索各種各樣的人工訊號。處於我們技術水平的文明可能主要產生微弱的訊號。例如,即使使用我們最大的望遠鏡,也無法看到太陽系外最近的行星上發生的核戰爭。
但是非常先進的文明有可能透過其最強大的信標被探測到可觀測宇宙的邊緣。外星文明的證據可能不是傳統的無線電通訊訊號形式。相反,它可能涉及透過太陽能電池的光譜邊緣、大氣工業汙染、人造光或人工光束掃過天空的輻射爆發來探測行星上的物體。
找到重要問題“我們是孤獨的嗎?”的答案將改變我們對自身在宇宙中地位的看法,並將開闢新的跨學科研究領域,例如天體語言學(如何與外星人交流)、天體政治學(如何與他們談判以獲取資訊)、天體社會學(如何解釋他們的集體行為)、天體經濟學(如何交易太空資源)等等。我們可以透過學習那些受益於數十億年領先優勢的文明來縮短我們自己的進步歷程。
毫無疑問,宏大的景象教會了我年幼的女兒們謙遜。同樣,開普勒太空望遠鏡對附近恆星的巡天觀測使天文學家能夠推斷出,在可觀測宇宙的體積中,可能存在比地球上所有海灘上的沙粒還要多的宜居類地行星。那些征服了地球上一小塊土地後就沾沾自喜的皇帝或國王,就像一隻螞蟻自豪地擁抱巨大海灘景觀上的一粒沙子。
就在過去一年中,天文學家在最近的恆星比鄰星周圍發現了一顆潛在的宜居行星比鄰星 b,並在另一顆附近的恆星 TRAPPIST-1 周圍發現了七顆潛在的宜居行星中的三顆。(如果生命在其中一顆行星上形成,它很可能轉移到了其他行星上。)這些矮星的質量分別為太陽質量的 12% 和 8%,壽命可達 10 萬億年,大約是太陽的 1000 倍。因此,它們為遙遠未來的生命提供了極好的前景,遠遠超過太陽死亡並變成一顆冰冷的白矮星之後。
因此,我建議我富有的朋友們在比鄰星 b 上購買房產,因為它的價值未來可能會大幅上漲。但這同時也提出了一個重要的科學問題:“生命最有可能在現在的宇宙時間裡,在像太陽這樣的恆星附近出現嗎?” 透過調查從大爆炸後 3000 萬年第一批恆星誕生到 10 萬億年後最後一批恆星死亡的整個宇宙歷史中宇宙的宜居性,人們得出的結論是,除非低質量恆星周圍的宜居性受到抑制,否則生命最有可能在數十萬億年後的紅矮星(如比鄰星或 TRAPPIST-1)附近存在。
“我們所知的生命”的化學組成需要液態水,但與主恆星保持適當的距離以在行星表面獲得舒適的溫度並不是生命存在的充分條件。行星還需要有大氣層。在沒有外部大氣壓的情況下,星光的溫暖會將冰直接轉化為氣體,而不是液相。
警告訊號可以在隔壁找到:火星的質量是地球的十分之一,並且失去了大氣層。比鄰星 b 有大氣層嗎?如果有,大氣層及其維持的任何地表海洋將緩和其永久白天和黑夜側之間的溫差。計劃於 2018 年 10 月發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將能夠區分比鄰星 b 是裸露岩石時的預期溫差,以及其氣候受到大氣層(可能還有海洋)調節的情況。
關於我們起源的宇宙視角也將有助於形成平衡的世界觀。組成地球的重元素是在附近一顆爆炸的巨大恆星的核心中產生的。一粒這樣的物質在我們的一生中形成我們的身體,然後又回到地球(只有一個例外,即冥王星的發現者克萊德·湯博的骨灰,它們被放置在新視野號宇宙飛船上,正在返回太空)。
那麼,如果我們不是僅僅是一個物質微粒在宇宙歷史中無數行星之一的表面上短暫呈現的瞬時形狀,我們又是什麼呢?儘管如此,生命仍然是我們在地球上珍視的最寶貴的現象。如果我們能在另一顆行星的表面找到“我們所知的生命”的證據,那將是令人驚奇的,如果我們能用望遠鏡追蹤到在星際空間漫遊的外星飛船上先進技術的證據,那就更令人驚歎了。
參考文獻
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