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[漫谈] 星海寂寥(原创)

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本帖最后由 LittleBusters! 于 2019-4-24 22:14 编辑

第一章 从爱琴海到好望角


? ?? ?“与其想象如此众多的星球和天上的区域都杳无人烟,只有地球上有人居住……,不如假设各处都有其居民,他们的天性和文明程度不同,但都将自身的起源归于上帝……”
? ?? ?—— 库萨的尼古拉(Nicholaus von Kues, 1401-1464),《论有学识的无知》(De docta ignorantia)


? ?? ?天地之间没有什么不同,都由同样的科学法则支配。恒星是遥远的太阳。宇宙广袤得不可思议,地球是其中平凡的一粒微尘。别的星球上也可能会有生命和文明——这些都被今天的我们所熟知。然而在所有文明的童年,天空都是神灵的居所,极少有人想用理解地上事物的方式去理解天空。古希腊哲学家阿那克萨哥拉(Anaxagoras,前500-前428)是其中之一。

? ?? ?有人曾问过阿那克萨哥拉人生的意义是什么,他回答:“研究太阳、月亮和天空”。他第一个明确阐述了月光来自对阳光的反射并解释了月相,第一个解释了月食的成因。公元前467年,有颗灼热的大陨星落在色雷斯,阿那克萨哥拉认为它来自太阳,并推断太阳是炽热发光的石头(也有记载说是金属),比伯罗奔尼撒半岛还要大。他还提出群星也是燃烧的石头,月球上有山脉也有居民。这些都和当时的主流观念相悖,也一定会被认为是不敬神的。阿那克萨哥拉是伯里克利的密友,伯里克利的政敌们抓住这一机会检举他亵渎神灵,以此间接攻击伯里克利。哲学家被投入大牢,后来似乎是被伯里克利救了出来,离开了雅典。之后他在故乡爱奥尼亚创办了一所学校并终老于此,在遗嘱中将忌辰作为学校的假日。

? ?? ?阿那克萨哥拉的后辈德谟克利特(Dēmókritos,前460-前370)根据月亮表面的明暗不均推断月面和地面是相似的,也有山脉和山谷。他还认为银河是由遥远而无法分辨的恒星组成的。这些天文上的洞见都在两千年后伽利略(Galileo Galilei,1564-1642)的望远镜中得到了证实。德谟克利特认为天地万物都是由不可分割的原子构成的,而宇宙中弥漫的物质形成了无数个世界,世界会产生也会演化和衰亡。世界又是形态万千的:“有些世界没有日月,有些世界的日月比我们的大,有些世界有多个日月”;有些世界有生命居住,而“有些世界没有动物,植物和水”。

? ?? ?古希腊的众多先哲们宛如星辰般辉映在历史的天空,他们提出了诸多关于宇宙的相异或相似的看法。如果以赢得支持者为标准,阿那克萨哥拉和德谟克利特,以及其他许多哲人的思想都没有成功。公元前四世纪亚里士多德(Aristotélēs,前384-前322)主张的地球居于中心,天地有别的宇宙模型成为了主流。在这个模型中天地以月球为界,月下的物质由土、水、气、火四种元素构成,会创生和腐化,而天界的物质由永恒的以太构成。日月星辰附着在像水晶一般纯净的球壳中绕着地球转动。如果天界的物质是不生不灭的,自然就不存在“别的星球上的生命”这个问题了。

? ?? ?亚里士多德去世后不久,萨摩斯岛上诞生了一位非凡的天文学家阿利斯塔克(Aristarkhos,前310-前230)。他进行测量并利用几何学求出了日地和地月距离的比值,以及太阳、地球和月球的直径之比。虽然结果离正确值相差甚远,但他至少得知了太阳要比地球大得多,也许这帮助了他提出日心思想。在哥白尼(Nicolaus Copernicus,1473-1523)《天体运行论》(De revolutionibus orbium coelestium)发表前一千八百年,阿利斯塔克认为是地球绕着太阳转而不是相反,是地球在自转而不是天穹在围着地球转。他也猜测群星是像太阳一样的天体,没有太阳那么亮是因为它们太远了。

? ?? ?今天的我们如果来到阿利斯塔克的时代,少不了对他天才的洞察击节叹赏,可能还想付一点钱。但他得不到当时人们的认同。在他们看来“地球在运动”与日常观感不符,而且还要回答“飞鸟和云为何不向地球运动反方向后退”这种问题——直到很久以后伽利略才给出了完美的答案。日心说的另一个难题是视差。如果恒星的距离有近有远,在地球绕太阳公转过程中,我们会看到近星将在远星背景上移动,就像伸出食指,交替闭上双眼,食指会在远景上跳动一样。即使恒星像当时一般认为的那样镶嵌在天球上,离我们差不多远,地球在一年的不同时间会接近天球的不同部分,仍然会有视差出现。当时并没有发现这种视差,阿利斯塔克只能说是因为恒星离我们过于遥远,以致视差小到无法察觉。他又说对了,今天我们知道任何恒星的视差都没有月亮角径的两千分之一大,成功测量它们要等到十九世纪。

? ?? ?公元二世纪,托勒密(Klaúdios Ptolema?os,100-170)在亚里士多德地心模型的基础上建立了精妙的宇宙模型。在这个模型中,行星在一个叫做本轮的小圆上运动,本轮的中心又在叫做均轮的大圆上围绕地球运动。地球略微偏离均轮的圆心,其关于均轮圆心的对称点叫做对点。本轮的中心在均轮上并非匀速运行,但从对点的位置看是匀速的。所有这些复杂的设计都是为了使模型与观测更吻合。尽管基础上错了,它却能以当时看来算是出色的精度预报日月行星的位置。

? ?? ?有个广为流传的误解是“教会利用托勒密地心体系束缚思想一千多年”。真实情况是直到十三世纪初教会的正统宇宙观都是天圆地平,托勒密模型被禁止传授。直到格列高利九世(Gregorius IX,1145 – 1241,1227 – 1241在位)时期托勒密体系才开始被改造和接受。关于教会执着于大地或地球居于宇宙中心的原因,常见的说法是因为更符合圣经。这有一定道理,虽然圣经没有明确指出这一点,但一些语句似乎给予了暗示。不过还可以从另一个较为特别的角度看这个问题。如果地球不是宇宙的中心,甚至太阳也不是,那么太阳系的其他行星甚至其他恒星周围的行星与地球就成了平等的地位。地球上有人类,这些行星上也可能会有。那么按照教义,基督在地球上受难和救世,拯救的是地球上的人还是也包括其他行星上的人呢?如果是后者的话,地球又成了独特的地方。如果是前者,基督是否会在每颗有人居住的星球上受难一次呢?似乎难以得到满意的答案。

? ?? ?1453年,奥斯曼土耳其攻陷了君士坦丁堡。许多学者带着记载着古代知识的书籍和手稿逃亡欧洲,这推动了欧洲天文学的复兴乃至整个文艺复兴。二十年后,哥白尼诞生于波兰托伦城。在青年时代,他前往意大利学习教会法规,同时也研习了数学和天文学,从接触到的古希腊着作中了解了阿利斯塔克的日心思想并受其启发。哥白尼发现如果假定地球每天自转一周,同时与其他行星一起围绕太阳公转,即可消除托勒密模型中一些不必要的复杂性。哥白尼将地球降格为金星和火星轨道间的一颗普通行星,他复兴了阿利斯塔克的日心思想,并提供了阿利斯塔克所没有的数学细节。朋友们催促他将研究结果早日出版,他迟迟没有做。直到临终时,印好的《天体运行论》才送到他的病榻。从此整个世界都变了。

? ?? ?这本书没有立刻带来暴风骤雨。在出版后的数十年内,无论支持还是批判都无法与它的伟大相配。但还是有越来越多的学者受其启发和感染,转而支持日心体系。其中一人是乔尔丹诺·布鲁诺(Giordano Bruno,1548-1600),他的思想比哥白尼更进一步,认为宇宙是无限的,太阳也不是宇宙的中心,无数遥远的恒星及周围的行星上也会有生命和人类。他被宗教裁判所判为异端并处以火刑。有种至少是不够正确的传说:布鲁诺是因为扞卫日心思想而死的。但是史学家所归纳的布鲁诺八种罪名中只有一项和日心思想有关:宣称存在多个世界。

? ?? ?布鲁诺殉难后不久,望远镜被发明了。伽利略对望远镜做了大幅改良,并将它指向了天空。他目睹了一个全新的世界,并将最初的一些发现写在1610年发表的《星际使者》(Sidereus Nuncius)中。书中描述了月球凸凹不平的表面,叙述了望远镜中可以看到比肉眼所见多得多的恒星,记录了围绕木星转动的四颗卫星。时人因这些惊世的发现而将他与哥伦布相提并论。望远镜所揭示的天空也挑战了旧的宇宙观,成为了伽利略扞卫日心思想的有力论据。凸凹不平的月面,不断消失和出现的太阳黑子粉碎了天体完美而不变的观念。围绕木星转动的卫星打破了所有天体围绕地球转动的传统思想。金星有时会呈现凸圆和像满月一样的相位,这是托勒密模型中不能解释的。

? ?? ?同今天刚刚入手天文望远镜的爱好者们一样,伽利略第一个认真观测的目标是月球。有了可以放大几十倍的工具辅助,阿那克萨哥拉和德谟克利特关于月球上山脉和山谷的模糊猜测成了确凿的事实。月球从经院哲学家心中光滑完美的球体变成了和地球相似的世界。虽然伽利略认为月球和地球有许多相似之处,但他对月球上生命的看法是谨慎的。在1632年出版的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》(Dialogo sopra i due massimi systemi del mondo, tolemaico e copernicano)中,伽利略借萨尔维阿蒂(Salviati)之口说构成月球的材料并不是土和水,因此生命无法生长;地球上的物种依赖太阳的方位变动而生存,而月球上却是长达15天的白昼和15天的黑夜;望远镜观测发现月球上没有云,所以也没有雨。结论是月球上至少不会有地球上这样的草木鸟兽。不过他还是保留了与地球上生命完全不同,难以想象的生物存在的可能。
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本帖最后由 LittleBusters! 于 2019-4-24 23:39 编辑

? ?? ?《星际使者》发表后,伽利略送给约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler,1571-1630)一份复制手稿,期待他的看法。开普勒当时是神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世的宫廷数学家,在不久前发表了着名的行星运动三大定律中的前两个,即行星围绕太阳运动的轨道是椭圆形,太阳位于椭圆的一个焦点上;行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等。在仔细阅读过《星际使者》后,开普勒写了回信,对书中的发现做了详细的回应并发表出来,名为《关于<星际使者>的通信》(Dissertatio cum Nuncio Sidereo)。

? ?? ?开普勒明显比伽利略对月球上的生命更有兴趣,看法也更乐观。他曾读过普鲁塔克(Plutarchus,46-120)的《论月面》(De Facie),这篇文章中讨论过月球的宜居性和生命。开普勒认为月面上有些地貌特征是水流塑造的,证明月球上有水。月球表面散布着湖和海,一定会有生命。《星际使者》中伽利略提到在月面的中部有个非常圆的巨洞并附上了素描图——指的应该是后来被命名为托勒密的环形山,开普勒的想象就从这里开始。书中伽利略也计算了月球上的山脉高达四英里(约6.4千米),比地球上的山脉要高。开普勒认为月球人比地球人更高大也是顺理成章的,更高大的人类也会建造更宏伟的建筑。他又想到月球上的白昼长达15个地球日,人们必须采取措施来躲避酷热。开普勒设想是月球人挖出了巨洞(环形山),用黏土构筑了围护(环形山壁)。这样他们在围护上挖出洞穴来安家,将光照充足的凹地中部作为牧场和农田,闲暇时可以躲在围护的影子里,随着太阳方位的改变而移动。今天我们知道月球上的环形山几乎全部是由小天体撞击形成的。和月球不同,地球上的构造运动和侵蚀作用会使陨石坑难以长久存在,大气层也削弱了撞击,所以表面难见到环形山。对这种地貌的新奇感和对月球人的期望使开普勒得出了巨洞是人造物的结论。


《星际使者》中伽利略的月面素描

? ?? ?开普勒对月球和月球人的兴趣由来已久。早在1593年他就写过一篇论文,描述了月球上的观察者所看到的宇宙。1608年他开始创作一部名为《梦》(Somnium)的幻想小说,内容是一个叫迪拉考托斯(Duracotus)的冰岛人和他的女巫母亲借着月食这个机会(这时地球的阴影成了地月之间的通道),由精灵引领去月球旅行,精灵将月球的情况讲给他们听。《梦》直到开普勒去世后数年才出版,后世不少人认为它是世界上第一部科幻小说。故事中将月球称为Levania, 将地球称作Volva,月球总是朝向地球的一面叫Subvolva,另一面叫Privolva。开普勒这样描述月球上的生命:

? ?? ?月球生命形体巨大,生长很快,寿命短暂。月球背面的人居无定所,整天成群结队地游荡。有的步行,比骆驼快多了,有的用翅膀飞,有的乘船。当需要休息几天时他们就爬进洞穴里。他们中大多数是潜水者,所有人呼吸都很慢,又因为深水区才凉爽,所以潜水时呆在水底。正午的太阳把水面上的东西煮熟了,行进中的游荡者们正好拿来当食物。月球正面类似于我们的村镇、市镇和花园,而背面类似于我们的旷野、森林和沙漠。月球人必须通过狭窄的渠道将热水引入洞穴,水经过长时间的流动会逐渐冷却。他们白天大部分时间呆在洞穴里,喝这些水,等到夜幕降临后再出去觅食。植物的外皮和动物的皮肤是多孔的,占了它们整体质量的大部分。任何生物只要白天被暴晒就会变硬,被烤焦,到了晚上外皮就会脱落。植物稀疏地长在山脊上,寿命通常只有一天,每天都会萌发新的后代。

? ?? ?《梦》有明显的自传性,迪拉考托斯和开普勒都做过第谷的学生,迪拉考托斯的母亲和开普勒的母亲都精通草药。这部幻想小说给开普勒带来了麻烦,虽然尚未正式出版,但被私下传阅过并成了指控他母亲是女巫的证据。他的母亲因涉嫌巫术而被捕,后来经过开普勒的极力解救才得以获释。

? ?? ?1633年,69岁的伽利略因《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》触怒了罗马教廷而被传唤,在认罪后被判处终身监禁,不久改为软禁,着作被列为禁书。五年后在一个宽容的国度,一个信奉日心说,同布鲁诺一样支持多世界论的青年却在书中借助神学论证月球人的存在。这个青年后来在文学、宗教、科学和发明上都有所成,在牛津大学和剑桥大学的学院中都当过院长,和一些人创建了英国皇家学会,还娶了克伦威尔的妹妹。他就是后来被称作威尔金斯主教的约翰·威尔金斯(John Wilkins,1614-1672)。这本书的名字是《月球世界之发现》(The Discovery of a World in the Moone)。威尔金斯是个目的论者,目的论者相信可以从自然中发现上帝创造宇宙的设计安排。威尔金斯相信上帝令地球上有山脉是有其目的的,书中列举了山脉对人类的益处,它们使地球上的生活变得更加安全和舒适了。而我们在月球上也发现了山脉,它们的目的可能是为了月球上的居民。

? ?? ?威尔金斯还是构想月球旅行的先驱,在书中他将宇航和航海作了类比。在人类历史的早期,海洋阻隔了不同地区的人类,人们只能在陆地上旅行。后来造船技术的发展使人类可以在这颗星球的表面上自由旅行,开启了世界范围的贸易和探索兴盛的时代,将世界各地的人们连接在了一起。同样,今天地球上的人类被天空所阻隔——就像过去被海洋阻隔的岛民一样,也许认为没有别的人类,也许认为即使有其他人类也无法互通往来。我们没有能开往月球的船,如德雷克和哥伦布尚未降世时一样,像代达罗斯一般掌握了飞行的人也尚未诞生。

? ?? ?但威尔金斯相信,造出了能跨越大洋航行的船只的人类终将发明出可以到达月球的飞行器,到那时就可以和月球人通商,也许还能建立月球上的殖民地。“然而我毫不怀疑,时间仍然会是新真理之父,它曾向我们揭示了那么多祖辈们一无所知的事,一定还会向后辈们披露我们今天梦想着,却又无法实现的事情。”他这样写道。威尔金斯又是个实干家,在一生中有多项成功的发明,但记载中也有失败的一项——他设计了名为“飞行战车”的飞行器,并可能制作出了模型并试验过,试图敲开太空航行的大门。然而和这个宏大的目标比起来,他生在了太早的时代。

? ?? ?《月球世界之发现》是一本多才的作者写给大众的科学书籍,四十八年后,另一部由多才的作者写成的大众科学作品在法国诞生了。它是丰特奈尔(Bernard Le Bovier de Fontenelle,1657-1757)的《关于多重世界的对话》(Entretiens sur la pluralité des mondes)。丰特奈尔曾担任法兰西科学院常务秘书四十二年之久,他还从事诗歌和戏剧的创作,撰写宗教与哲学相关的着作。从销量上看《关于多重世界的对话》比《月球世界之发现》更成功,这本书至少被译成了十种语言,在作者的百年人生中共出了33个版本。它以通晓天文和物理的哲学家与美丽而聪慧的侯爵夫人之间的对话形式展开,场景是星光下侯爵夫人的花园,一共经历了六个夜晚(初版中是五个)。


《关于多重世界的对话》

? ?? ?在第一个晚上,哲学家向侯爵夫人介绍了哥白尼体系,第二个晚上开始谈论月球。哲学家告诉侯爵夫人:学者们在月亮上发现了“陆地、海洋、湖泊、高山和深渊”,说服她相信月球上会有人居住。他又说明月球人和我们必然很不相同:看看法国人和中国人的差别就知道了,月球和地球上人类间的差异会大得多。侯爵夫人显示了强烈的好奇心,她很想知道月球人的样子,而哲学家无法给出答案,她表示“着实令人不安”。哲学家反问侯爵夫人:“你对澳洲土着也完全不了解,为什么不感到不安呢?” 这像是明知故问,侯爵夫人当然会这么回答:澳洲土着是地球人,和我们相差不会太大,而月球人是外星人。如果一定要看澳洲土着可以乘船去看,虽然会很艰辛。但我们去不了月球。哲学家说,随着技术的发展,未来人类也可以飞到月球。侯爵夫人表示了怀疑。哲学家补充说,如果地球人研究不好飞行,月球人也可能会研究成功,“无论是我们去或他们来都可以”,这样我们就像当年接触哥伦布的美洲人了。在丰特奈尔之前,鲜有人去设想人类作为落后的一方与外星人接触。威尔金斯的书中只展望了人类掌握飞行科技之后去月球上通商殖民,却没有提到相反的情况。

? ?? ?侯爵夫人反问:“那月球人来过地球了吗?”这句话与费米悖论的起源——意大利物理学家费米(Enrico Fermi,1901-1954)在1950年和朋友们聊天时冒出的那句“他们(外星人)在哪里?”有异曲同工之妙。哲学家笑着回答:也许月球人的飞行技术还未完善,等到完善时他们出现在地球上,“天知道世界会如何震惊”。

? ?? ?第三个晚上继续前一天关于月亮的谈话。出人意料的是,哲学家对侯爵夫人说也许月球并非昨晚谈论的那个样子,也许上面没有生命。侯爵夫人表示她受不了了——昨天还说月球人某天可能会来,今天就说他们也许根本不存在,“你不能这么耍我”。哲学家说,如果从远处看地球,会发现有云覆盖的地方较暗,这些区域也会不断变化和消散。而月球上的暗斑都是固定的,所以月球上没有云。他认为那些暗斑也不是海,可能会是巨洞。侯爵夫人问,所以月球上就没有人了吗?哲学家告诉她,也许月亮上的水汽没有形成云而是结成了露水,这样虽然没有降雨,却也会有水供居民们用,所以月球上仍可能有人。这令她深感欣慰。

? ?? ?哲学家说月球与地球的大气是不同的,地球大气中的水汽要比月球大气中多得多,所以月球人如果进入地球大气中就会像人进入水中一样被溺死,而地球人就像是鱼。要怎样才能接触到月球人呢?侯爵夫人想到,鱼在船难时会看到人类的样子,所以如果月球人的飞行器失事坠入地球,就能了解他们了——像是二十世纪UFO爱好者们的想法。哲学家说还有一种可能,月球人在地球大气的外围飞行,像人类捞鱼一样用某种手段抓来地球人做研究(又是个二十世纪UFO爱好者的典型想法),这样如何呢?好奇心如千反田的侯爵夫人表示想主动钻进月球人的“渔网”,借此看看月球人的样子。

? ?? ?在第三夜之后,他们谈论了太阳系中的其他天体和恒星世界。对话中表述了丰特奈尔对宇宙中生命的看法:虽然太阳和其他恒星不适合生命居住,但它们周围的星球上都可能存在生命。

? ?? ?十七世纪是个启蒙的时代,科学界人士们乐于将日心体系、多世界宇宙观以及对宇宙的最新认识分享给受过教育的大众。将要说的第三本也是最后一本大众科学书籍是克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens,1629 - 1695)在去世前用拉丁文撰写的《宇宙理论》(Cosmotheoros)。它的英文版书名概述了内容:《已发现的天球世界:关于行星世界居民,植物以及产物的构想》(The Celestial Worlds discover'd: Or, Conjectures concerning the inhabitants, plants and productions of the worlds in the planets)。与威尔金斯和丰特奈尔不同,惠更斯是个真正的一流科学家,在物理、天文和数学上都做出了许多重要贡献。他还是个杰出的望远镜制作者,利用自制的望远镜,惠更斯发现了土卫六,并辨认出土星周围有环围绕(伽利略曾经看到了土星光环但无法认出是什么)。

? ?? ?《宇宙理论》中讨论了月球上的生命。惠更斯根据观测认为月球上没有云、河流、海洋,连大气都没有。他也不同意开普勒关于环形山是人造物的观点,认为它们是自然力量形成的。然而他认为月球上仍可能有奇特的生命形式存在。同威尔金斯一样,惠更斯也相信目的论,他认为上帝创造了这样一个巨大球体,如果只是为了给地球上的人们提供照明和带来潮汐,也太浪费了。

? ?? ?出于同样的理由,惠更斯认为太阳系和其他恒星周围的行星上也会有动物和植物,甚至也应该有理性生物。如果别的行星上没有理性生物,它们就“在美丽与高贵上逊于地球”了。在他看来,上帝创造地球和其他行星的目的是相同的,而人类作为其伟大的杰作,没有道理只存在于地球上,而是应该遍布在宇宙中。他认为研究自然,思考上帝的作品是人类的重要意义所在,也是人类高于动物的标志,其他行星上的人不会光是凝望着夜空中的繁星,而是还会研究它们,所以外星人有天文学。他们还应该有制作天文仪器所需的技术工艺,掌握天文测量所需的几何学,能够通过书写来记录观测和进行计算。因此惠更斯认为外星人的形态虽然不同于地球人,但也不会非常奇怪。他们有手来劳动和书写,会直立行走——否则不便研究头上的天空。

? ?? ?《宇宙理论》出版时已是1698年,十一年前牛顿(Isaac Newton,1643-1727)《自然哲学的数学原理》(Philosophi? Naturalis Principia Mathematica)的出版为哥白尼发起的科学革命画上了辉煌的句号。一百多年来,人类的宇宙图景在不断发生着激动人心的演变。在1543年《天体运行论》出版时,人们信奉的是地球静止于中心,天地迥然有别的宇宙。而1687年《自然哲学的数学原理》出版后,至少在欧洲知识界人们的心中,宇宙由无数个以恒星为中心的系统组成,地球和太阳分别是其中平凡的一颗行星和恒星,宇宙中的一切事物由相同的物理法则支配,生命在宇宙中广泛地存在着。
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?楼主| 发表于 7?天前 | 只看该作者
本帖最后由 LittleBusters! 于 2019-4-24 23:43 编辑

? ?? ?发明反射望远镜对牛顿来说只是个小成就。与伽利略、开普勒和惠更斯等人使用的折射望远镜不同,反射望远镜是用凹面镜而非凸透镜作为主镜,优点是没有色差,而且在增加口径上远比折射镜有潜力。对于天文望远镜来说,更大的口径意味着可以汇集更多的光,看到更暗弱的天体,也意味着更高的成像分辨率。所以今日天文研究中使用的光学望远镜大多是反射望远镜。谈到史上大口径反射镜的制作者,天文爱好者们都会想起一个名字:威廉·赫歇尔(Frederick William Herschel,1738-1822)。

? ?? ?赫歇尔是个生于德国汉诺威的英国天文学家兼音乐家,他作为前者所取得的成就远比作为后者伟大。赫歇尔早年以演奏、作曲和音乐教育为业,后来阅读了天文学和光学的书籍,对天文愈加热爱。从1773年开始,他一生中共磨制了四百多面反射主镜,最小的直径6英寸(15.24厘米),最大的48英寸(121.92厘米)。利用自制的望远镜,赫歇尔发现了天王星,两颗土卫和两颗天卫;发现了2400个以上的深空天体(星云、星团和星系);发现了800组以上的双星和聚星。他通过研究双星的运动证实了大多数双星间存在引力联系,而不是视线造成的巧合;通过研究恒星自行得到了太阳的运动方向;通过统计不同天区的恒星数目得出了所有恒星组成的集合(就是今天我们说的银河系)呈圆盘状。此外他还是红外线的发现者。威廉·赫歇尔的天文成就离不开妹妹卡罗琳·赫歇尔(Caroline Lucretia Herschel,1750-1848)的帮助,她是哥哥热忱的助手,同时也是个杰出的天文学家,在一生中共发现了14个深空天体和8颗彗星。

? ?? ?少为人知的是,赫歇尔还是个对地外生命和文明抱有强烈兴趣的人,而他的天文事业也一直在受此影响和推动。赫歇尔曾经用大望远镜在月面上寻找生命的迹象,他认为看到了森林。同开普勒一样,赫歇尔也抱有月面上的环形山是人造物的想法,他呼吁天文学界将月面环形山的情况整理清楚,以便在未来发现新建造的环形山。

? ?? ?赫歇尔对地外生命的态度非常乐观。一方面体现在,尽管他认识到月球上即使有大气也会很稀薄,没有云雨,可能没有江河湖海,月面的温度、季节、昼夜长度也与地球完全不同——但是生命仍会存在。他解释说,地球上物种的生存环境也有巨大的差异,例如人、鸟和鱼。如果月球上的生命适应了月球的环境也可以生存。另一方面体现在,他相信所有行星、卫星甚至太阳和其他恒星都会有人居住。 赫歇尔认为太阳是由一个实体球和包围着它的两层云构成的。阳光来自上层云,下层云不透明,可以将上层云发出的光反射在外。当云偶尔出现孔隙,露出实体表面时,我们就看到了黑子。这样太阳只有外围是炽热的,实体球上的温度适宜生命居住。赫歇尔还设想太阳上的人会透过黑子来观察星空宇宙。

? ?? ?在十七和十八世纪,科学家和思想家们对地外生命的看法普遍过于乐观,他们认为太阳系的天体中很可能普遍存在着生命以至智慧生命,丰特奈尔、惠更斯和赫歇尔——他是最乐观的一个,都是这样。这些人中也包括哲学家康德(Immanuel Kant,1724-1804),他在天文学上的贡献是提出了星云假说。在阐述星云假说的《宇宙发展史概论》(Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels)的最后,他推测了太阳系的各颗行星上住的是什么样的居民。康德认为离太阳越远,行星上的居民就越高级和完善。因此土星人优于木星人,他们又优于地球人,金星和水星上则住着低级生物。他引用了亚历山大·蒲柏(Alexander Pope,1688 - 1744)的诗:

? ?? ?更高级的生命最近都在看,
? ?? ?地上人的行动很离奇,
? ?? ?有人发现了自然规律,
? ?? ?居然做出这样的事体。
? ?? ?他们在看我们的牛顿,
? ?? ?好比我们在欣赏猢狲。 (这里参考了全增嘏先生的译文。)

? ?? ?本杰明·富兰克林(Benjamin Franklin,1706-1790)也提出过相似的看法:人类并非最完美的生物,宇宙中会有很多生命比我们优秀完善。

? ?? ?威廉·赫歇尔在53岁那年有了独生子约翰·赫歇尔(John Frederick William Herschel,1792-1871),小赫歇尔后来继承了父亲的事业,也成了赫赫有名的天文学家。威廉·赫歇尔一生都在英国观测,只能看到北半天球和南半天球上不太南的天体。约翰·赫歇尔想填补父亲的“盲区”,为此,1833年他扬帆出海,前往好望角,在那里建立天文台观测南天的星空。这一行动在当时广为人知。

? ?? ?1835年8月21日,纽约《太阳报》在第二版刊登了一条简讯,大意是我们刚刚从爱丁堡的一位着名出版人处得知,约翰·赫歇尔先生在好望角利用新式巨型望远镜做出了非常奇妙的天文发现。这其实是为一个骗局所做的铺垫。之后连续几天报纸上都没有关于约翰·赫歇尔发现了什么的消息。直到8月25日,《太阳报》用头版四分之三的篇幅刊载了一篇文章。文中说明此独家消息来自老赫歇尔的学生,小赫歇尔的助手安德鲁·格兰特(Andrew Grant)博士。文中介绍了约翰·赫歇尔使用的望远镜,说它口径达24英尺(7.32米,人类直到20世纪末才造出这么大的光学望远镜),并且因为采用了新技术,可以放大42000倍,“如果月面上有昆虫的话都可以进行研究”。熟知天文学的人会发觉这不可能,因为即使存在这样神奇的望远镜,地球上湍动的大气也不支持这么高的分辨率,而且这种分辨率也远远超过了24英尺口径望远镜的光学衍射极限。另外,要研究月面上的昆虫,放大42000倍仍是不够的。而大众对此难以分辨也是情理之中,他们期待着后面的连载将如何解密约翰·赫歇尔的新发现。

? ?? ?8月26日的连载告诉读者,约翰·赫歇尔对月球的观测始于1835年1月10日。文中叙述了他们在月面上看到了湖泊和河流,鲜花和森林,像野牛一样的动物,像山羊的独角兽,水鸟,奇怪的两栖动物,还有山谷中无数巨大的紫水晶。8月27日的连载中介绍了更多的生物,其中有种奇特的动物是“两足海狸”,它们没有尾巴,直立行走,会将后代抱在怀中,甚至还会使用火。而且”它们的小屋比许多原始部落的人类造的还要更好更高。” 气氛在逐渐推进。终于,8月28日的连载中出现了月球人。他们“平均高四英尺” (1.22米),“除了面部外,身上覆盖着有光泽的铜色短毛”,背上长着“无毛,由薄膜构成的翅膀”。月球人的翅膀在直立行走时可以收在身后,他们”行走姿态庄严”。观察者,或者说偷窥者们看见这些月球人“明显是在交谈”,他们手臂的动作显示出慷慨激昂的样子,因而推断他们是理性生物。观察者们将这些月球人命名为“蝙蝠人”,认为他们是“天真和快乐”的物种,尽管“他们的一些娱乐活动与我们的世俗礼仪观相抵触”。8月29日的连载中描述了用蓝宝石和金色金属建造的神殿。8月31日的连载是最后一篇,观察者们在蓝宝石神殿附近发现了更高等的蝙蝠人。


红宝石露天竞技场的蝙蝠人

? ?? ?这一系列文章的作者都是《太阳报》的记者理查德·洛克(Richard Adams Locke,1800-1871),安德鲁·格兰特这个人并不存在。洛克这样做的意图可能是为了提高报纸的发售量,也可能是想讽刺一些吹嘘月球上智慧生命的人,比如托马斯·迪克(Thomas Dick,1774 –1857)和弗朗茨·冯·格罗特胡森(Franz von Gruithuisen,1774-1852)。不久后洛克私下承认了连载完全出自他之手,得到消息的其他报纸立刻宣布这是一场骗局。但公众并没有因为被骗了而感到愤怒,阅读热情不减,《太阳报》将连载的文章合编成册出版,译成多国语言,销往世界,获得了大笔收入。

? ?? ?据说故事的主角是这样得知这个恶作剧的,一位名叫迦勒·威克斯(Caleb Weeks)的马戏团老板去南非为纽约动物园找动物,顺便拜访了约翰·赫歇尔,将刊有月面发现的《太阳报》送给了他,并想了解更多的发现。约翰·赫歇尔先是震惊,后是被逗笑,说自己观测的东西远没有那么激动人心。后来随着越来越多相信骗局的人向他询问情况,约翰·赫歇尔笑不出来了,他在写给姑姑卡罗琳·赫歇尔的信中诉苦:“我深受那个荒谬的月球骗局困扰,它四处流传,英国、法国、意大利、德国!!” 1838年,约翰·赫歇尔带着真正的观测成果回到了英国。1847年将其出版,名为《1834-1838年间好望角天文观测结果:用望远镜完成了对整个天空的观测,始于1825年》(Results of Astronomical Observations Made During the Years 1834, 5, 6, 7, 8, at the Cape of Good Hope: Being the Completion of a Telescopic Survey of the Whole Surface of the Visible Heavens, Commenced in 1825)。

? ?? ?威廉·赫歇尔相信行星上皆有生命,同时也注意到了火星的独特地位。无论是大小还是到太阳的距离,火星与地球相差的都不太大。威廉·赫歇尔测量过火星的自转周期和自转轴倾角,结果分别是24小时39分50秒和28度(实际值为24小时37分23秒和25.2度),与地球的23小时56分4秒和23.5度很相似。他观测到火星白色极冠的大小会随着季节而变化,认为这是冰雪的融冻。他认为火星上的暗区是海洋。他相信火星上有大气,尽管曾亲自利用掩星现象证实它的浓度上限不高。这颗在赫歇尔时代看来宛如地球孪生子的红色行星,未来注定会掀起巨大的波澜。
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第二章 运河的故事


? ???“洛厄尔认为这种几何结构不可能因地质作用而产生。这些线条太直了,只有智慧生物才搞得出来。
这是个我们都会同意的结论,唯一的争议在于智慧生物在望远镜的哪一头。”
? ?? ?—— 卡尔·萨根(Carl Edward Sagan,1934-1996),《外星球文明的探索》(The Cosmic Connection)



? ?? ?天文爱好者们知道火星是颗很挑剔观测时机的行星。每隔780天左右,地球会运行到太阳和火星之间,三者排成近似的直线。这段时间火星离地球最近,最适合进行观测,这种现象叫火星冲日。和地球接近正圆的公转轨道不同,火星的公转轨道明显呈椭圆形。所以当冲日发生在火星远日点附近时,地球与火星的距离约为一亿千米;如果发生在近日点附近,距离就只有不到六千万千米了,这一绝佳时机就是每隔15或17年发生一次的火星大冲。在最好的情况下,火星的视直径能达到月球的七十几分之一。

? ?? ?火星上次大冲是在2018年,然而上面持续数月的全球性沙尘暴把这场天文迷的盛宴毁了。大冲在今天只是爱好者们的狂欢,但是在人类能够向火星派出探测器前,它有着黄金般的科研价值。1877年发生了火星大冲,此时全世界的望远镜纷纷指向了火星。美国天文学家阿萨夫·霍尔(Asaph Hall,1829-1907)在美国海军天文台使用着当时世界上最大的折射望远镜(口径26英寸或66厘米),寻找着火星的卫星。经历了数夜的徒劳无功后他决定放弃,妻子鼓励他再多看几夜,而就在下一个晚上他发现了火卫二,几天后又发现了火卫一。后世用霍尔妻子婚前的姓氏斯蒂克尼(Stickney)命名了火卫一上最大的陨石坑。

? ?? ?米兰的布雷拉天文台台长乔凡尼·斯基亚帕雷利(Giovanni Virginio Schiaparelli,1835-1910)是另一位利用这次大冲对火星观测的着名天文学家。他使用着一台口径8.6英寸(21.8厘米)的折射镜,比霍尔的小得多。他是个经验非常丰富的观测者,也是个优秀的火星地图绘制者,今天火星地貌的命名系统就是以他的命名法为基础建立起来的。斯基亚帕雷利的目标是画出一张全新的火星地图,始料未及的是,他发现火星表面遍布着一种未曾见过的地貌特征:交织成网的线条。这些线条短的不到300英里(482.8千米),长的可达火星圆周的四分之一到三分之一;窄的不到20英里(32.2千米),宽的可达120-180英里(193.1-289.7千米)。有些线条明显可见,而另一些像纤细的蛛丝一般微妙。斯基亚帕雷利还注意到线条有向一点交汇的趋势,他称这些交汇点为湖泊。他称这些线条为canali(水道), 在这次大冲中斯基亚帕雷利共记录了40条canali。


斯基亚帕雷利根据1877年观测绘制的火星表面图

? ?? ?canali在意大利语中可以指天然或人工的水道。这个模糊不清的词反映了斯基亚帕雷利心中的摇摆不定,它们是自然形成的还是人工修建的呢?这个发现在传播过程中也发生了扭曲,意大利语的canali被译成英语的canal(运河),线条被定性成了人造物。值得注意的是运河在当时是个热门概念:苏伊士运河于1869年通航,巴拿马运河和科林斯运河都是在1881年开始动工。斯基亚帕雷利早年也曾在都灵大学学过水利工程学。如果那些线条真的是运河,火星人就必定拥有地球人遥不可及的工程能力。

? ?? ?英国天文学家纳撒尼尔·格林(Nathaniel Everett Green,1823 – 1899)也观测了1877年大冲并绘制了火星表面图。他还是个画家,后来教过维多利亚女王美术。格林的观测点在马德拉岛上,观测条件很好。他用的是13英寸(33厘米)口径反射镜。在他绘制的图上没有出现斯基亚帕雷利那种纵横交错的线条。


格林根据1877年观测绘制的火星表面图

? ?? ?这里插入一些有关行星观测的说明。什么是适合行星观测的地方呢?在夜空中可以看到闪烁的恒星和一般不会闪烁的行星,这是因为星光到达人眼要经过不断湍动的大气,光路也在不断轻微改变着。恒星呈点状所以会闪烁,行星是个小圆面,闪烁感不明显,但也会变得模糊。这种现象类似于观看晃动池水中的物体。天文学上用视宁度衡量某一地点某一时刻大气的平稳程度,它限制了观测所能达到的分辨率。在月面骗局中也提到过:超出视宁度许可的望远镜分辨能力没有意义。所以行星观测在环境上最重要的要求是视宁度,视宁度常常不错的地方就适合看行星。不只是行星观测,天文观测普遍需要好的视宁度,所以大气稳定性是天文台选址上最重要的依据之一。

? ?? ?在同一个夜晚中,视宁度也在不断变化。观测行星时,你可能会觉得绝大多数时间里目镜中都是比较模糊的像。偶尔大气忽然平静下来,片刻间你看到行星清晰的样子,而你等待的就是这一刻。好景不长,行星很快又开始变得模糊,你又继续等待下一个时机。斯基亚帕雷利和格林也是这样观测火星的,他们又将一个个稍纵即逝的细节绘在了图中。

? ?? ?视宁度限制了大口径反射望远镜的实际分辨能力。口径大的另一个优势是汇集更多的光,可以看到更暗弱的目标,这对于赫歇尔们观测深空天体至关重要,对于观测明亮的火星来说却毫无用处。火星的地貌特征普遍对比度很低,要求望远镜有优异的成像反差能力。折射镜受视宁度影响比反射镜小,在成像反差上也有优势,所以当时流行用折射镜而不是反射镜来进行火星观测。

? ?? ?在环境和器材之外是人的因素。人与人的视力显然是不同的,大多数人或多或少都有视力缺陷。近视或远视问题倒不大,它们靠望远镜调焦就能修正。散光需要在眼睛和目镜之间增加镜片来修正,但多出的镜片会给行星观测带来少许不利影响。此外还有色弱和色盲,斯基亚帕雷利就有色盲症。在天文观测而不仅限于行星观测中,即使在视力没什么缺陷的人之间观测能力也会有很大的不同。一个目标或者特征在一人眼中显而易见,而在另一人眼中渺无踪影,这一点儿也不奇怪。原因有先天因素也有后天因素:有的人天生视觉敏锐,不过对所有人来说,不断观测,积累经验能增进察觉困难目标的能力。此外威廉·赫歇尔还说过,如果一个目标看不到,可以尝试在更好的望远镜中看一次,然后就可能会在原来的望远镜中看到它了。他是在说预知目标的样子能让人更容易发现它,很多爱好者都有这种经历,而且不是因为心理作用而是确实看到了。然而另一方面,没有看到目标,却因为期望而产生了看到的幻觉,这种事情也是层出不穷的。将“观测能力存在个体差异,有些人包括有些天文学家不愿被认为观测能力差”和“如果对目标或特征有所预期,可能会产生看到了它的幻觉”这两件事结合起来,能预料到“皇帝的新装”在天文观测中也有可能发生。

? ?? ?回到那些线条上来。格林认为斯基亚帕雷利有将一系列邻近的点连成直线的错误倾向,或者将不同颜色区域的边界看成线条。斯基亚帕雷利回复说,那些水道毫无疑问地存在,就像莱茵河一般真实。1879年火星再次冲日,观测条件虽然没有1877年大冲那么好,但仍是研究火星表面的好机会。除了新发现了一些水道外,斯基亚帕雷利还看到了一个非常奇异的现象:有些水道变成了一对平行的双水道。1882年的火星冲日比1879年还要差些,在这两次冲日中斯基亚帕雷利共观测到了二十多对双水道。怀疑者们认为双水道是视疲劳造成的错觉,而斯基亚帕雷利坚信他的观测反映了客观实在。1886年和1888年各有一次条件欠佳的火星冲日,在这两次冲日中,法国尼斯天文台的亨利·约瑟夫·佩罗坦(Henri Joseph Anastase Perrotin,1845 – 1904)和路易斯·托隆(Louis Thollon,1829 – 1887)得到了与斯基亚帕雷利在1882年相似的观测结果。他们看到了水道网也看到了双水道。他们用的是口径为15英寸(38.1厘米)和30.3英寸(77厘米)的折射镜,后者在1886年建成时是世界上最大的折射镜,是尼斯天文台的骄傲。佩罗坦和托隆的观测为斯基亚帕雷利的工作增加了说服力。


斯基亚帕雷利绘有双运河的火星图


? ?? ?斯基亚帕雷利的视力自1890年后出现了问题,虽然此后他还做了一些观测,但不再将结果发表了。直到1910年去世前,斯基亚帕雷利对火星和那些奇异的线条一直保持着兴趣。他在1895年发表了一篇论文,文中直率地表示那些线条是火星智慧生命的杰作。

? ?? ?斯基亚帕雷利认为火星的北极冰冠在大陆上,南极冰冠在海洋中。北极冰冠融化时会产生可以淹没附近低地的洪水。另一方面,火星上没有雨水,火星人只能仰仗这些冰冠融化而成的淡水生活。为了不让洪水淹没家园,为了对珍贵的淡水物尽其用,火星上的工程师势必要极力兴修水利工程。由于融水长年累月的冲刷,地表上会出现宽而浅的河谷。他设想火星人会在宽阔的河谷中沿着其走向开凿出若干条彼此平行的运河。河谷两侧高中间低,所以运河也是高低不同。当北极冰冠开始融化,农业部长下令打开闸门,河谷两侧较高的运河里就充满了向南流去的水。位置较高运河中的水会向河谷中央的方向溢出,填充了位置较低的运河,这些运河中的流水灌溉了它们周围的广阔区域。起初只有河谷两侧区域得到灌溉,那里的作物最先生长;河谷中央附近最后被灌溉,那里的作物最后生长。地球上的天文学家们看到的线条不是运河本身,而是那些作物区域。所以起初他们会看到河谷两侧的两片作物区,看到了两条线;等到河谷中央附近的作物也开始生长时,作物区连成一片,就只能看到一条线了。他这样解释了双水道的原理。

? ?? ?在斯基亚帕雷利心中,火星人不仅在技术上比地球人高超,他们的社会也更加完善。在这颗红色星球上,国家间的争斗和战争早已不复存在,所有人都是火星联邦的公民,大家一起对抗共同的敌人:严酷的环境。以撰写了《大众天文学》(Astronomie populaire)而闻名的法国天文学家兼作家卡米伊·弗拉马利翁(Nicolas Camille Flammarion,1842-1925)为火星人的先进性提供了解释:他认为火星比地球诞生得更早,火星上的人和社会经历了更长时间的演化。弗拉马里翁是个优秀的观测家和天才的科普作家,他在1892年出版的《火星及它适宜居住的环境》(La planète Mars et ses conditions d’habitabilité)第一卷中将“火星先进文明建造了运河”这一观点介绍给了公众,点燃了他们的好奇心和热情,非天文学家们也开始被火星上那些神秘的线条所吸引。相比之下,斯基亚帕雷利在1895年发表的那篇论文受众不广,影响有限。
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? ?? ?《火星及它适宜居住的环境》也影响了火星运河论战的未来主角帕西瓦尔·洛厄尔(Percival Lawrence Lowell,1855 – 1916)投入火星研究事业。洛厄尔生于波士顿的富商家庭,早年在哈佛大学学习数学,是个非常优秀的学生。从1883年到1893年的十年间,他在远东游历,并撰写了几本关于东方生活和文化的书籍。在读过弗拉马里翁关于火星的书后,洛厄尔决定成为一名职业天文学家,解开运河之谜。1893年他回到美国,此时离1894年冲日已不足一年。1894年冲日是1892年大冲的下一次冲日,是个良好的观测机会。众所周知,大冲后的几次冲日会一次比一次差。

? ?? ?洛厄尔开始行动了,要赶在下次冲日前在优异的地点建好天文台。订购大型望远镜已经太晚了,但可以先租一台。洛厄尔不差钱,但作为一个半路出家的外行,在为天文台选址和雇用工作人员上,他需要资深天文学家的帮助。他向哈佛大学天文台台长爱德华·皮克林(Edward Charles Pickering,1846-1919)求助,爱德华·皮克林将同为天文学家的弟弟威廉·皮克林(William Henry Pickering,1858-1938)借给了他,威廉·皮克林的助手安德鲁·道格拉斯(Andrew Ellicott Douglass,1867 – 1962)也加入了进来。威廉·皮克林建议在亚利桑那州的沙漠中建台,那里的大气很宁静。洛厄尔派道格拉斯去那里考察,最后将台址定在了亚利桑那州旗杆镇的一座山上,那座山后来被命名为火星山。洛厄尔天文台创立于1894年,建台之初用的是借来的18英寸(45.7厘米)口径折射镜。1896年,订购于克拉克父子公司的24英寸(61厘米)口径折射镜得以交付,成为了长期的主力镜。在那个时代,克拉克父子公司是世界上最大最好折射镜的代名词,霍尔发现火卫的那台望远镜就是该公司制造的。1897年该公司又为叶凯士天文台建成了40英寸(102厘米)折射镜,今天它仍然是世界上最大的折射镜。

? ?? ?1894年5月,洛厄尔在《波士顿联邦杂志》(Boston Commonwealth)上发表了雄心勃勃的建台宣言。他说明建台的目的是“研究太阳系”,“研究其他星球上的生命环境”,研究这些星球对于“像或不像人类的生命”的宜居性。他宣称有充分的理由相信我们正处于获得这些问题答案的前夜,火星上的那些运河明显是智慧生命的杰作。前加州大学校长,里克天文台台长爱德华·霍尔登(Edward Singleton Holden,1846 – 1914)在读过洛厄尔的宣言后认为该文不但轻狂,而且充斥着胡言乱语,于是撰写了评论。

? ?? ?霍尔登这样评价洛厄尔的运河: ”有时可见,有时不可见;它们出现和消失;有时是双的,有时是单的。这听起来像是对运河的描述吗?如果是,我们该认为这些水道是像我们这样的智慧生物修建的,还是疯子修建的? 50英里宽的运河还不够火星上的航运吗?如果需要更宽的水面,为什么不拓宽运河呢?为什么要再挖一条平行的运河?就理智的工程而言,为什么要时而填平,下个季节再挖开?”只是为了增加GDP吗?霍尔登也反对洛厄尔的乐观过度,他表示“火星和金星这些星球上有没有居民”和“这些居民像不像人类”这两个问题,洛厄尔认为即将解决,但他本人和“几乎所有活着的天文学家”都会认为“在非常遥远的未来仍然会是难题。” 在这个判断上洛厄尔错了,但霍尔登也错了,他没预料到半个多世纪后人类就进入了太空时代。在霍尔登发文的同年,奥伯特降生,齐奥尔科夫斯基即将投入对星际航行的研究,而戈达德还是个爱好科学的孩子。霍尔登还指出了洛厄尔建台宣言中的一些知识性错误,但另一方面,他表现出了对洛厄尔的主张缺乏深入了解。例如他认为对方所说的运河和地球上的运河一样是航运用的,而洛厄尔的本意是输水用的。

? ?? ?洛厄尔在天文台中扮演了几乎所有角色。他是创始人、投资人、台长、首席观测者和理论家,并热情地向公众宣传。1895年,他出版了向公众介绍火星的畅销书籍《火星》(Mars)。书中包括了火星的一般特征、大气、水、运河、绿洲等内容。洛厄尔承认火星大气很稀薄,认为其密度不到珠穆朗玛峰峰顶的一半。他认为这种大气完全适合高等生物生活,不认同者是犯了“鱼会想象生命只能在水里生存”一样的错误。这个观点看似没有问题,但火星大气的密度被严重高估了。今天我们知道火星表面大气的实际密度只有0.02千克/立方米,是他估计的十分之一,而且火星大气的含氧比例按体积算只有0.13%,而地球大气是20.95%。有些人认为火星的极冠是干冰,洛厄尔为它们是水冰进行了辩护。今天我们知道火星极冠是基本由干冰构成的季节性极冠覆盖着主要由水冰构成的永久极冠。(南极冠的海拔更高,所以北极冠的干冰在夏季会完全升华,南极冠的干冰不会。)天文学家们看到的极冠大小变化来自季节性极冠的形成和消失,基本上是二氧化碳的凝华和升华。火星上很低的气压决定了液态水不能在表面稳定存在,夏季时北极冠的少量水冰会升华到空气中,却不会像运河支持者们设想的那样形成流水。前人通常认为火星上的暗区是海洋,洛厄尔论证了那里不是水而是植物。这些区域的颜色会随着季节而改变,他认为呈现了草木的荣枯。今天我们知道是火星季风来回推移沙尘造成了这种现象。

? ?? ?洛厄尔列举了在旗杆镇观测到的183条运河,并告诉读者看到的实际是运河两侧得到灌溉的植物,解释了运河的消失和重现。洛厄尔认为构成运河的线条有三个显示它不是自然形成的特征:笔直性,宽度上的一致性,以及像是从某些点上辐射出来的。他还声称发现了大量位于运河交点处的斑点,称它们为绿洲。书中的结论和斯基亚帕雷利与弗拉马里翁的观点差不多:火星人修建了运河网将极冠融水输送到各地,以此向严酷的环境抗争。


《火星》中的运河图

? ?? ?洛厄尔的活跃使得始于斯基亚帕雷利的火星运河论战迅速升级。站在支持运河一方的是旗杆镇的洛厄尔,威廉·皮克林,道格拉斯,加上从前的斯基亚帕雷利,弗拉马里翁,还有其他一些天文学家。道格拉斯后来对运河的存在性慢慢产生了怀疑,1901年他在写给洛厄尔妹夫帕特南的信中吐露,他认为洛厄尔的研究方法并不科学:先定下一个假说,然后去寻找支持它的一星半点证据。帕特南把信交给洛厄尔看,洛厄尔立刻就把道格拉斯解雇了。道格拉斯也申请过复职,但遭到了拒绝。后来他的兴趣发生了转移,成了树轮年代学的开山祖师,这是一门对树木年轮进行科学分析来测定年代的学问。

? ?? ?论战另一方的天文学家阵容要豪华得多。除了前面提到的里克天文台台长霍尔登外,还有发现了两颗火卫的霍尔,美国天文学会首任会长西蒙·纽康(Simon Newcomb,1835-1909),英国着名天文学家爱德华·蒙德(Edward Walter Maunder,1851 –1928),1901年后成为里克天文台台长的威廉·坎贝尔(William Wallace Campbell,1862-1938),先后出任叶凯士天文台和威尔逊山天文台台长的乔治·海尔(George Ellery Hale,1868-1938)等。

? ?? ?蒙德在1894年撰写了一篇论文,主张运河可能是一种视觉幻觉。他指出运河观测者们所说的运河宽度即使在大冲时也接近了能见的极限,而当地球与火星的距离变得很远时却被声称清晰可见。不同观测者对运河的描述差异巨大,运河形态的改变也太大、太突然了。观测者们画出的运河在火星圆面边缘处要比它理应呈现的更直。此外,在有些人宣称看到了大量运河的同时,有些人却完全看不到。蒙德在1903年发表的论文证实了人眼在处于极限状态时会将一系列点连成线。论文报告了他同格林尼治皇家医学院的学生们做的一系列实验。他让这些12到14岁的男孩们坐在远处临摹去掉了运河的火星图,结果在有些实验中几乎所有人都画出了运河。

? ?? ?参战者不都是天文学家。自然选择理论的另一位创立者,与达尔文互相谦让发现权的阿尔弗雷德·华莱士(Alfred Russel Wallace,1823-1913)也加入了反对运河的阵营。1907年,他出版了《火星可以居住吗?》(Is Mars Habitable?)一书。华莱士指出光谱分析看不到火星大气中存在水蒸气的迹象。他认为洛厄尔严重高估了火星的温度,火星表面的平均温度应为冰点(32°F)以下七八十华氏度,相当于零下四十多摄氏度,这个估算接近于今天的测量值:?55 °C。如此低的温度自然不会有地表上流淌着的运河。书中用这样一句话结尾:“因此,火星上不仅不会有洛厄尔先生主张的智慧生命居住,而且完全不适宜生存。” 其中“不适宜生存”这个词的每个字母都用了大写(UNINHABITABLE)。

? ?? ?长期在法国生活的希腊天文学家欧仁·安东尼亚第(Eugène Michel Antoniadi,1870-1944)是最好的行星观测家之一。起初他是火星运河的支持者,在弗拉马里翁的天文台里从事观测,到1894年为止共看到了42条运河。和道格拉斯的经历相似,安东尼亚第后来也渐渐怀疑起运河,也许部分原因是蒙德的影响。 1909年又迎来了火星大冲,安东尼亚第使用当时欧洲最大的折射望远镜——巴黎天文台的83厘米折射镜对火星进行了细致的观测。他用的望远镜比洛厄尔的(61厘米)更大,也经历过大气如梦幻般稳定的夜晚。最后他得出了明确的结论:一切运河都是幻像。在视宁度极好的夜晚中,安东尼亚第发现一些前人在图上画出的运河或是一系列斑点,或是不同颜色区域间的边界。而且当视宁度变差时,它们又变成了运河。在天文观测中,分解常常代表着细节的提升。例如很多星团在小望远镜中呈现云雾状,在更好的望远镜中就变成了一颗颗恒星。


斯基亚帕雷利(左)和安东尼亚第(右)同一区域的火星图

? ?? ?安东尼亚第不仅是个观测大师,还是名很出色的棋手,曾在1907年巴黎举办的一次国际象棋锦标赛中获得并列冠军,另一位冠军是当时世界最强棋手之一马歇尔。安东尼亚第的发现如果没有将死了洛厄尔,至少也是给予了重创。另一位伟大的天文观测家,以目光锐利而闻名的爱德华·巴纳德(Edward Emerson Barnard, 1857 – 1923)早在1894年就得出了和安东尼亚第本次观测相似的结论,他用的是里克天文台的36英寸(91.44厘米)折射镜。威尔逊山天文台台长海尔在1909年大冲时也用台中的60英寸反射镜(未用尽口径)观测了火星,没有看到运河。

? ?? ?道格拉斯写给帕特南的那封信里没说错: 洛厄尔将没有多少根基的猜想预设在研究之前,后续的研究都是为了这个前提而服务。也许他正是因为说的太透彻,命中了靶心才被炒掉的。洛厄尔性格的一大缺陷是非常固执,一旦猜想定下,之后无论面对多少反面论据都不愿放弃它。面对安东尼亚第等人的发现时,他正是这么做的,他坚持认为否认运河存在的人不是观测条件就是观测水平不行。尽管事实是这些人中有安东尼亚第和巴纳德这样的观测大师,他们使用的望远镜也常常比洛厄尔的更好,观测环境也往往优于旗杆镇。

? ?? ?洛厄尔毕生坚信其理论的正确性。在去世前不久,他说:” 自21年前关于这颗行星上智慧生命的理论首次被阐明以来,每个新发现的事实都与之相符。没有它解释不了的发现。对于一个理论来说,这真是个非凡的纪录。” 这只是他的一厢情愿,运河假说自被提出以来,尤其是1909年后,大量的反面论据早已使它千疮百孔。此时尽管洛厄尔在世界上不乏忠实听众,但天文学家中只有很少人认同运河存在了。
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? ?? ?无论如何,洛厄尔们的工作曾经使世界对火星人充满期望,这种期望自然会引发和他们对话的想法。早在火星运河被“发现”前就已经有了一些有趣的提议。例如在撒哈拉沙漠中挖出呈现巨型几何图案的壕沟,灌上水,在晚上点燃水上浮着的煤油来引起火星人的注意,传说这是维也纳天文台台长利特罗(Joseph Johann von Littrow,1781 – 1840)的主张,但很可能不是。法国诗人和发明家查尔斯·克罗(Charles Cros, 1842 – 1888)在十九世纪七十年代中期曾建议用巨型凹面镜将阳光在火星沙漠上聚焦,通过转动镜面来刻字。时间跳转到1909年,威廉·皮克林提议花千万美元来建造一个反射镜集群向火星发出闪烁信号,这个想法带动了广泛的讨论。约翰·霍普金斯大学的罗伯特·伍德(Robert Williams Wood, 1868 – 1955)教授提出了一个更廉价的方案: 以美国西南部的碱性沙漠为背景,建造装置使巨大的黑布不断卷起又铺开,也能实现闪烁。

? ?? ?尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla,1856 – 1943)也加入了讨论,他在《纽约时报》上发文说皮克林和伍德等人的方案都没有什么可行性,向火星发送信号应该用无线电。作为无线电的两位发明者,特斯拉和马可尼(Guglielmo Marconi, 1874 – 1937)都曾误以为收到过来自外星的信号。特斯拉收到的可能是闪电产生的电噪声,马可尼收到的可能是闪电产生的电噪声或美国海军的乱码广播。后来人们知道即使有火星人他们也收不到信号,因为他们选择的接收频率过低,这种无线电波穿不过电离层。就像开普勒“月球人建造了环形山”的设想是斯基亚帕雷利、洛厄尔等人火星运河假说的前奏曲,特斯拉和马可尼与火星人无线电通信的构想和探索也是半个世纪后人类面向星海尝试SETI(Search for Extra-Terrestrial Intelligence,搜寻地外文明)和METI(Message to the Extra-Terrestrial Intelligence,向地外文明发送信息)的前奏曲。

? ?? ?洛厄尔们的运河假说激发了赫伯特·威尔斯(Herbert George Wells,1866 – 1946),库尔德·拉斯维茨(Kurd La?witz,1848 – 1910),埃德加·巴勒斯(Edgar Rice Burroughs,1875 – 1950)等科幻作家的灵感,他们的作品又使火星上有智慧生物的观念进一步深入了人心。1938年的美国发生了一场和一百多年前月球骗局有些相似的事件。为迎接万圣节,未来的电影大师奥森·威尔斯(George Orson Welles,1915 – 1985)将赫伯特·威尔斯写于1898年的科幻小说《星际战争》(The War of the Worlds)改编成了广播剧。两个威尔斯没有血缘关系,注意看会发现姓其实不同。在《星际战争》中,火星入侵者在英国从天而降,横行肆虐,摧毁城镇,用射线和毒气屠杀人类。由于科技水平相差太大,人类的军队纷纷溃败,无法组织起有意义的抵抗。当世界陷入绝望时,地球上的细菌扮演了拯救者,对它们毫无免疫力的火星人纷纷死亡,人类迎来了最后的胜利。广播剧由美国哥伦比亚广播公司在10月30日晚上8点开始播放,火星人的登陆地点改成了美国新泽西州。剧中不断插入火星人入侵情况的新闻简报,所以很有欺骗性。尽管节目在开始、中段以及结束时都声明过内容来自科幻小说,但很多人不是自始至终地听节目,也不是所有人都能注意到声明。

? ?? ?这份万圣节礼物造成了一定的恐慌。剧中事发地区附近的不少人驾车逃亡或准备逃亡,也有些人躲入了地下室。美国各地对广播信以为真的人们纷纷来到教堂祈祷。许多人给报纸、警察局和其他有关部门打电话,求证消息,询问对策或是受侵袭地区亲人的情况。医生和护【这里不隔断发不出来】士们打来的电话常常是请求前往灾区救助伤者。数百名国民警卫队士兵在听到剧中保卫新泽西州的动员令后聚集在军械库,询问在哪里报到。不过人们陷入慌乱的时间不长,到深夜时几乎所有人都得知了真相。

? ?? ?虽然科学家们在洛厄尔去世前就基本摒弃了运河假说,但火星生命是另一回事,科学界在很长时间里都对火星存在生命持肯定态度。1928年《纽约时报》的调查显示,着名天文学家中多数认为火星上有植物,也可能有简单的动物。随着对火星了解的增加,到了六七十年代,科学家们的期望变成了地衣和微生物。也有少数乐观或者说贪心的人,例如萨根。他的同事金特里·李讲述(Bert Gentry Lee,1942 - )过一件趣事。萨根曾积极推动给海盗号探测器的着陆器装上一个灯具,它可以为夜间拍摄提供照明,却在发射前不久被撤掉了。得知消息后,他冲进任务经理的办公室,说这太胡搞了,根本就是在破坏这次任务,质问道:“如果发现了动物在夜间留下的足迹,你怎么说?”

? ?? ?1975年发射的海盗1号和海盗2号是最早实现在火星表面着陆并向地球发回照片的探测器。史上第一枚火星探测器是苏联于1960年发射失败的火星1A号,四天后发射的火星1B号也失败了。之后苏联又向火星发射了三个探测器,其中两个发射失败,一个在到达火星前失联。 1964年美国向火星发射了首枚探测器水手3号,同样失败,但二十多天后发射的水手4号成为世界上第一个成功的火星探测器。水手4号在9846公里远处掠过火星,传回了首张近距离拍摄的火星照片,它的探测结果对于期望火星上存在较高级生命的人是个重大打击。近摄照片中看不到能提升生命存在可能性的特征,当然也没有运河,却发现了不少陨石坑。对大气的测量显示其密度远比科学家们过去认为的稀薄,这排除了液态水在火星表面稳定出现的可能。仪器也检测不到火星存在磁场。磁场对生命有着重要意义,它会在行星周围形成像保护罩一样的磁层,能防止太阳风破坏大气。在大气稀薄的情况下,磁场为生命防护外来辐射侵害的作用更加重要。面对这些发现,萨根在失望之余保持了乐观态度,他撰文表示生物仍可能适应这种严苛的环境而存在。


水手4号拍摄的火星照片

? ?? ?水手4号拍摄了21张照片,覆盖了火星约1%的表面。1969年美国又成功发射了水手6号和7号,它们拍摄的照片覆盖了火星表面广阔得多的区域,细节也比水手4号的照片更好。1971年水手8号发射失败(水手2号和5号倒没有失败,它们是金星探测器,水手1号是失败的金星探测器),二十多天后发射的水手9号成为第一个环绕火星的探测器,直到今天它仍然在火星上空。水手9号提供了空前清晰的照片,它们覆盖了火星表面80%以上。萨根和保罗·福克斯(Paul Fox)将斯基亚帕雷利和洛厄尔绘制的火星图与水手9号拍摄的照片进行了比较,他们发现两人画出的运河中只有一小部分能与实际地貌建立关联。也就是说,绝大多数运河不是一系列点状地貌串联而成的,也不是不同颜色区域间的分界。仿造物理学家泡利的名言“甚至连错误都算不上”,也可以说大多数被画出的运河连错觉都算不上。

? ?? ?水手9号的另一些发现说明洛厄尔的假说不是一无是处。照片显示火星表面存在着像干涸河床的地貌,还有一些死火山(活火山可以充实大气),表明这颗星球在遥远的过去更为宜居。人们很自然会想到:从前更为宜居的环境也许孕育了生命,时过境迁,曾经在火星表面流淌着的水几乎都散发掉了,也会有一些渗入了地下,生命可能随着环境的恶化转入了地下生活。这样,火星的土壤中就可能存在微生物或生化反应产物,要验证这一点需要探测器登陆火星。于是有了前文那一幕,美国发射了海盗1号和2号两个带有着陆器的探测器。科学家们一般希望能在火星发现微生物,萨根还希望发现动植物。

? ?? ?两枚海盗探测器都由轨道器和它携带的着陆器组成。在到达火星后,着陆器会与轨道器分离并着陆,轨道器继续环绕火星进行研究和拍摄。1976年,两枚探测器的着陆器在火星几乎相对的两侧先后实现了软着陆。它们装有用来铲取土壤的机械臂,在采集到土壤样本后送入着陆器舱内进行实验。针对火星土壤中微生物的存在性,两枚着陆器分别进行了完全相同的四项实验。它们的前三项实验都给出了与存在微生物相一致的结果,但第四项实验都给出了否定性的答案。科学家们最终推断前三项实验的阳性结果来自普通的化学反应而不是生化反应。


萨根和海盗号着陆器模型

? ?? ?可以想象萨根对海盗任务的研究结果有多失望。从海盗号着陆至今经过了四十多年,不少探测器被陆续派往火星,不断增进着我们对火星的认识。然而“火星上是否有生命”这个问题仍然没有明确的答案,也许它们完全不存在,也许它们藏身于地表以下很深的地方。但至少一点可以确定,火星上很难会有较为复杂的生物了。太阳系中一些类木行星的卫星上也有生命存在的可能,例如木卫二、三、四和土卫六,但这些星球上也难以存在较为复杂的生命,更不可能有可以交流的智慧生物。事实上,从水手4号掠过火星的那一刻,洛厄尔们在太阳系内寻找人类之友的梦想就永远地破灭了。这个梦想可以追溯到丰特奈尔笔下对月球人好奇心过剩的侯爵夫人,追溯到想和月球人做生意的威尔金斯,追溯到开普勒的梦。然而宇宙很大,银河系这个小岛中就有数千亿颗恒星,我们寻觅的目光应投向浩渺的星海。
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第三章 电波和漂流瓶


? ?? ?“我毫不怀疑存在着其他许多有人居住的世界,其中一些上面的生命极大地超越了我们的精神水平。否定他们会用可以贯穿空间的辐射来向地球传递信息是轻率的,这种信息可能已经来了。一旦我们开始理解它们,人类历史将开启一个新的纪元。”
? ?? ?—— 埃内斯特·巴恩斯(Ernest William Barnes,1874 – 1953)


? ?? ?“我们将信息投向宇宙。它很可能会存在十亿年之久,到那时我们的文明会发生深刻的改变,地球表面也可能发生了巨大的变化。银河系中有两千亿颗恒星,其中一些——也许是许多拥有着有人居住的行星和从事宇航的文明。如果一个这样的文明截获了旅行者号,并能理解唱片中记录的内容,就请接受我们的致文:”
? ?? ?—— 吉米·卡特(James Earl Carter Jr. ,1924-)在旅行者号唱片中的信



? ?? ?上世纪二十年代末,贝尔实验室派初出茅庐的无线电工程师卡尔·央斯基(Karl Guthe Jansky,1905-1950)研究越洋无线电话的干扰源。他建造了用于接收20.5兆赫无线电波的天线,用它记录了几个月的噪声信号。央斯基分析了信号的来源:一些来自近处的雷暴,另一些来自远处的雷暴,经过了电离层的反射,还有一些难以判断。他发现不明来源信号的重复周期是23小时56分,正好是地球自转一周的时间,暗示着源头是某个天体。最后央斯基确定它来自银河系中心,由此拉开了射电天文学的序幕。

? ?? ?深受鼓舞的央斯基希望贝尔实验室建造一台直径30米的碟形天线来深入研究银河系射电。鉴于这种噪声对通信没什么影响,贝尔实验室拒绝了这个请求,为他安排了新的工作,从此他与天文学绝缘。射电天文学的另一位先驱是格罗特·雷伯(Grote Reber,1911-2002),1937年他在自家后院中建成了直径9.45米的抛物面天线用于天文观测,这是世界上第一台真正的射电望远镜,1941年雷伯用它进行了射电巡天。在将近十年的时间中,雷伯一直是这颗星球上唯一的射电天文学家。二战促使雷达技术迅速发展,战争结束后,一些专家将这项技术应用于天文观测,射电天文学开始兴旺发展起来。

? ?? ?射电望远镜为天文学家们打开了一扇研究宇宙的新窗口,揭示了无数用光学望远镜看不到的宇宙图景。不难想到它们也可以用来搜寻宇宙中其他文明发射的无线电信号。1959年,康奈尔大学的两位物理学家朱塞佩·科科尼(Giuseppe Cocconi,1914 – 2008)和菲利普·莫里森(Philip Morrison,1915 – 2005)在《自然》杂志上合作发表了论文《搜寻星际通信》(Searching for Interstellar Communications)。他们承认当前没有理论能可靠地估计行星形成、生命起源和社会发展出先进科技的概率,但从太阳系的情况看,主序阶段寿命达数十亿到上百亿年的恒星可以拥有一些行星,少数行星上会有生命,也可能会演化出科技社会。尚不清楚科技社会的寿命,但似乎没有理由去否定有些社会能存在比人类历史还要长的时间,甚至和地质年代的长度相媲美。这样就可能有很多远比我们先进的文明。也许一些文明早就注意到了太阳附近发展出科技社会的可能,一直在向太阳系发射信号,期待着有一天我们能接收它们并回应,接纳我们进入星际文明社区。

? ?? ?接下来他们考虑了与地外文明通信时该如何选择电磁波频率。对于星际通信中的发射方来说,需要将频率限定在一个狭窄的范围内以集中能量,使信号更容易从背景噪声中分辨出来。对于探测方来说,选择一些频率来监听和分析才有可行性。原则上说几乎所有电磁波都能用来通信,但电磁波谱中频率较高的区域,从可见光附近到伽马射线用于通信时不但每比特需要的能量成本大,需要的技术也更复杂,所以文中认为可以排除掉(今天的观点是可见光和红外线在星际通信中有其价值)。剩下的是无线电波区域,通过考虑行星大气的吸收和银河系内天体的辐射干扰等因素可以缩小选择范围,但还是不够。在缺乏约定时,双方怎样才能灵犀相通,成功建立联系呢?

? ?? ?设想你和一个家人去参加节目,主持人让你们各自在白板上画出一种动物,不允许交流,如果画出了相同的动物会获得奖品。应该画什么呢?一般来说不会有人去画犀牛和长颈鹿,猫是个更好的选择,如果家中养猫的话就是绝佳选择了。出于相似的理由,科科尼和莫里森认为应当选择中性氢原子超精细跃迁产生的21厘米谱线对应的频率,约为1420兆赫。氢是宇宙中最丰富的元素,中性氢21厘米谱线是射电天文学中最重要的谱线之一,天文学家们经常用它来研究星系中星际气体的分布。他们相信有交流能力的外星文明必然会了解这些事实。

? ?? ?科科尼和莫里森通过计算证明,对于邻近的恒星而言,即使它们周围的文明用和地球上差不多的设备发射信号也能被我们成功接收。他们认为信号中可能加入了将其与天然信号明显区分开的标志,例如一串质数。他们又讨论了应该优先监听的恒星,提出了三个标准:离我们要近,因为信号的强度会随着距离的平方衰减;物理特征要与太阳相近,这样周围存在文明的可能性更大;所在区域的射电背景噪声要低。根据这些标准,文中推荐了四个最好的目标:鲸鱼座τ、波江座ο2、波江座ε和印第安座ε。在文章的结尾,他们表示“成功的可能性难以估计”,接下去又写道:“但如果我们不去搜寻,机会就是零。”

? ?? ?科科尼和莫里森不知道此时已经有人准备着手做了。未来的SETI之父法兰克·德雷克(Frank Donald Drake,1930-)在位于西弗吉尼亚绿岸的美国国家射电天文台工作,有台口径26米的射电望远镜可以使用,他打算用这台望远镜对邻近的恒星进行监听。在接收频率和目标的选择上,德雷克的想法与科科尼和莫里森不谋而合。他将望远镜稍作改造以探测1420兆赫左右的信号。他选择了11.9光年外的鲸鱼座τ和10.5光年外的波江座ε作为监听目标——都在《搜寻星际通信》推荐的四颗恒星之中。1960年春,德雷克开始了这项名为奥兹玛计划(Project Ozma)的实验,奥兹玛是弗兰克·鲍姆的奥兹国系列童话中的一个公主,她在我们最熟悉的《绿野仙踪》中没有出场。幸福似乎来的太突然,4月8日,望远镜在刚刚对准波江座ε后就记录到了强烈的信号,但经过核实信号来自高空中的飞机。奥兹玛计划持续了四个月,累计观测时间约150小时,没有任何收获。这并不奇怪,毕竟它只监听了两颗恒星,频率覆盖的也只是1420兆赫附近的一个狭窄区域。

? ?? ?奥兹玛计划结束后一年多,1961年11月,绿岸的国家射电天文台迎来了一场关于地外智慧生命的十人会议。这次会议由国家科学院发起,与会者包括台长奥托·斯特鲁维(Отто Людвигович Струве,1897-1963),为奥兹玛计划捐赠了设备的微波联合公司(Microwave Associates)总裁德纳·阿奇利(Dana Atcheley),在会议期间荣获诺贝尔化学奖的生物化学家梅尔文·卡尔文(Melvin Ellis Calvin,1911 – 1997),科科尼,正在研究海豚智慧的科学家约翰·李利(John Cunningham Lilly,1915 – 2001),华裔天体物理学家黄授书(Su-Shu Huang,1915-1977),莫里森,伯纳德·奥利弗(Bernard M. Oliver,1916 –1995),德雷克,萨根。奥利弗是惠普公司的高管,也是位杰出的科学家。后来他活跃于SETI领域,“水坑”这个概念就是他提出的。在氢(H)的21厘米谱线和羟基(OH)的18厘米谱线对应的频率之间射电噪声很小,奥利弗认为是星际通信的天然频率区间。如果以频率为横轴,噪声强度为纵轴画一幅曲线图,会看到这个区间在一个凹陷之中,又因为氢和羟基合起来就是水(H2O),于是就有了“水坑”这个词。七十年代初奥利弗和约翰·比灵厄姆(John Billingham,1930 – 2013)领导的一个小组设计了作为NASA项目的独眼巨人计划(Project Cyclops),设想用1000个100米口径射电望远镜组成的阵列开展SETI。这个计划要求100亿美元,注定不能获得拨款。(图4)

? ?? ?会议中最重要的一幕是德雷克提出他的德雷克公式。监听了两颗恒星的奥兹玛计划只是个小小的尝试,如果我们去监听更多的恒星,会有多大的成功率呢?德雷克公式用于估算银河系内进行星际通信的文明数量,如果结果是个很大的值,那么地球附近不少恒星周围都有文明在发射着信号,搜寻工作容易获得成功,反之则难以成功。

? ?? ?德雷克公式如下:
? ?? ?N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
? ?? ?N表示银河系中可能与我们通讯的文明数量
? ?? ?R*表示银河系中恒星形成的平均速率
? ?? ?fp表示恒星中拥有行星的比例
? ?? ?ne表示在上述恒星中拥有生命宜居行星的平均数量
? ?? ?fl表示宜居行星中能演化出生命的比例
? ?? ?fi表示上述行星中能演化出智慧生命的比例
? ?? ?fc表示智慧生命从事星际通信的比例
? ?? ?L表示上述智慧生命所在文明的平均寿命


德雷克和德雷克公式

? ?? ?右侧的第一项R*对天文学家们来说不难,他们估计银河系中每年可能会诞生10颗恒星,非要保守些也可以将它估为1。困难从第二项fp开始:当时尚不知道哪怕是一颗太阳系外的行星,发现它们要等到九十年代。大家估计1/5到1/2的恒星会有行星,同时没有底气说实际值不可能会小得多。随着大量系外行星的发现,今日的天文学家们能给出更好的答案:至少70%的恒星拥有至少一颗行星。大家又利用太阳系这个孤独的样本来估计第三项ne。当时对火星生命的种种幻想还未破灭,太阳系的宜居行星数可以算作2,所以估值为1到5。

? ?? ?第四项fl是个飘忽不定的问题。适宜生命居住的行星中有多少能真正诞生生命呢?答案可能来自两个极端。乐观者认为只要经过了充分的时间,生命一定会从合适的环境中出现,所以fl接近于1;而悲观者会认为生命的诞生近乎奇迹,fl是个非常小的值。萨根和卡尔文都是前者,会议给出了乐观性的答案。然后是第五项fi,莫里森和李利认为生命必然会演化出智慧,并被与会者们接受。他们的理由是智慧在生存中具有优势。演化生物学中有个概念叫趋同进化,指没有近缘关系的生物为了适应相似的环境而发展出了相似的器官,例如昆虫、鸟类还有蝙蝠都独立演化出了翅膀和飞行能力。莫里森和李利认为智慧趋同进化的一个证据是人类和海豚都独立演化出了智慧。

? ?? ?德雷克公式的右侧明显有难度递增的趋势。我们可以把前三项R*、fp 和ne称为天文学因子,把第四项fl 和第五项fi称作生物学因子,前者比后者要清晰得多。最后两项fc和 L是关于技术和社会的因子,要估计它们更加困难。关于智慧生命从事星际通信的比例fc,大家没有多少根据地将它估为1/10到1/5。到了最后一项L,身处核战阴影下的时代,一些人认为技术文明很容易因核战争而自毁,还有人提出了其他一些技术文明可能终结的方式。会议最终给出的L跨度相当大:一千年到超过一亿年。

? ?? ?现在可以计算N了,结果是一千到十亿个,变数主要是L带来的,多数人认为上限比下限更接近实际。如果银河系中真的有上亿个发送着无线电信号的文明,人类就非常有可能收到地外文明的来信,讨论结果为搜寻星际通信展现了一幅美好的前景。不过从另一方面来看,会议上对德雷克方程中一些因子的估计难免有值得未来商榷的地方。此外,会议给出的N上下差了六个数量级,一些因子的不确定性还有增大的空间,这样N的范围会更大。天文学家和科学史学家史蒂文·迪克(Steven J. Dick,1949 – )后来在谈到德雷克公式时说: “也许科学史上从未有过一个公式能得出相差八个数量级的结果。” 德雷克公式在提供了一种计算方法的同时,也彰显了我们对宇宙的无知。
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本帖最后由 LittleBusters! 于 2019-4-24 23:24 编辑

? ?? ?外星人会发给我们什么样的信息呢?我们该向外星人发送什么内容的信息呢?绿岸会议结束后不久,德雷克向科学家朋友们寄出了相同的信件,内容由551个非0即1的字符组成:

11110000101001000011001000000010000010100100000110010110011110000011000011010000000010000010000100001000101010000100000000000000000001000100000000001011000000000000000000010001110110101101010000000000000000000100100001110101010100000000010101010100000000011101010101110101100000001000000000000000001000000000000010001001111110000011101000001011000001110000000100000000010000000010000000111110000001011000101110100000001100101111101011111000100111110010000000000011111000000101100011111110000010000011000001100001000011000000011000101001000111100101111

? ?? ?这是德雷克构想的一条星际信息,0和1分别代表接收到的两种信号。例如发射方可以用两种不同但相近的频率发射信号,一个代表0,另一个代表1。这样接收方在探测到信号时会发现它在两个邻近的频率之间跳跃,暗示着这是个编码信息。德雷克向朋友们发出了挑战:”你能破译它吗?”

? ?? ?大门的钥匙是数字的位数:551,它可以分解为19和29两个质数的乘积。这意味着给定一个长度为551的方格序列,要将它堆成矩形只有两种方式:19行29列或29行19列。相比之下,360会分解为2、2、2、3、3、5六个质数的乘积,是18行20列,20行18列还是15行24列, 24行15列,还是12行30列,30行12列,或是其他呢?作为两个质数之积的数在自然数中只占很小一部分,551的特性暗示着信息是一幅图画,作者为了便于读者解析刻意设定了像素数。下面要做的就是像我们小时候用方格本抄文章那样把每位数字从上到下,从左到右依次抄入方格,最后将里面是1的方格涂黑。如果前面选择了19行29列的排列会看不到什么有趣的东西,没关系,再排成29行19列试试看,一幅图像就映入眼帘了。将图像表示为两种信号组成的序列发送给外星人的设想最早是由尼曼兄弟(H. W. Nieman,C. Wells Nieman)在1920年考虑与火星人通讯时提出的。


德雷克的信息转成的图像

? ?? ?我们来看看问题的答案。图中最显眼的是下方中央的人形生物,这是信息发送者的形象。图像左侧从上到下画出了一颗恒星和九颗行星,可以猜测小的是类地行星,大的是类木行星。图像右上角是碳原子(内层两个电子,外层四个电子)和氧原子(内层两个电子,外层六个电子),说明了构成他们生命的基础。前五颗行星右边的方格组表示了二进制数字从1到5。对于3(二进制形式为11)和5(二进制形式为101)来说,后面又附加了一个1,这是为什么呢?用意在于提示读者含有奇数个1的方格组表示数字,含有偶数个1的方格组表示语言,可以猜测图中最后一行中央的1111表示语言“终了”。

? ?? ?人像沿着右上方的斜线连接着一个三行的方格组,它有奇数个1,因此表示一个数字,它的值是70亿。这个数字既连着人像,又在第四颗行星右侧,思考片刻不难得到结论:数字表示的是第四颗行星上的人口,信息发送者也来自这颗星球。由此可知图像右侧分别与第二颗和第三颗行星同行的,含有奇数个1的方格组表示的是第二颗和第三颗行星上的人口。第三颗行星上有3000人,他们应该属于殖民地;第二颗行星上有11人,他们应该属于科考队。最后,人像的右侧有一把标尺,标尺的中间又是个有奇数个1的方格组,二进制数字11111等于十进制中的31,表示信息发送者的身高是31个单位长度。这个单位长度是多少呢?不难想到它就是信号的发射波长。

? ?? ?德雷克的朋友们无人破译出了全部信息,但把每个人破译的部分加起来就是完整的答案。德雷克得到了想要的结果,认为它证实了利用这种方式能在星际间有效地传递信息。也有人指出这次实验的参与者都在共同的文化中,外星人未必能理解信息的含义。

? ?? ?直到现在登场的都是美国人,事实上一些苏联科学家同样对地外智慧生命抱有浓厚的兴趣,代表人物是约瑟夫·什克洛夫斯基(Ио?сиф Самуи?лович Шкло?вский,1916-1985)和他的学生尼古拉·卡尔达肖夫(Никола?й Семёнович Кардашёв, 1932-)。什克洛夫斯基曾在五十年代末提出了一个奇怪的假说:两颗火卫是火星人发射的空心人造卫星。他认为火卫轨道在缓慢接近火星的原因是它们与火星高层大气的摩擦,并由此计算出它们的密度极低。现在我们知道火卫轨道半径的缓慢减小来自潮汐作用,他忽略了这一点,所以得出了远远小于实际的火卫密度。什克洛夫斯基在1962年出版了俄文书籍《宇宙,生命和智慧》(Вселенная, жизнь, разум),四年后他与萨根合作,将内容扩充和修订并改为英文写作,这就是地外文明研究的里程碑着作《宇宙中的智慧生命》(Intelligent Life in the Universe)。

? ?? ?卡尔达肖夫的主要贡献是衡量星际文明等级的卡尔达肖夫指数。他提出这个概念时受到了戴森球的启发。美国物理学家、数学家弗里曼·戴森(Freeman John Dyson,1923-)认为技术文明需要的能量会随着时间不断增长,总有一天会达到一颗恒星的全部能量输出。另一方面,拿太阳系来说,太阳释放的巨大能量基本全都辐射到宇宙空间中了,地球上只能接收到微不足道的一部分。要怎么做呢?戴森设想先进文明会建造无数围绕恒星公转的能量收集器,它们的数量会多到像球层一样把整颗恒星包围起来,从而获取恒星产生的几乎全部能量。工程所需的物质取自其他行星,戴森计算过利用木星的物质可以建造出半径超过日地距离的戴森球——人类当然要生活在球层里面。热量会以红外辐射的形式从球层表面逃逸,他建议天文学家们利用这个特征去寻找外星人建好的戴森球。

? ?? ?卡尔达肖夫相信宇宙中存在着大量比我们起步早得多,科技异常先进的文明。他将能建造戴森球的文明定为II型文明,它可以利用整颗恒星的能量,功耗约1026 瓦。在II型文明之下,能对行星上接收到的恒星能全部利用的文明是I型文明,功耗约1016 瓦。萨根根据人类社会的功耗1013 瓦将地球文明定为0.7型文明。II型文明之上是更不可思议的III型文明,它可以驾驭整个星系的能量,功耗约1036瓦。卡尔达肖夫推测I型文明发展成II型文明需要几千年,II型文明发展成III型文明需要几千万年。他认为相比于I型文明,人类更可能接收到II型和III型文明的信息,因为它们发射的信号更强,即使距离非常远也能接收的到。

? ?? ?科科尼和莫里森当年考虑的是一种“致敬信号”,它的信息量不大,频率范围狭窄以集中能量。卡尔达肖夫关注的信号有所不同,他认为II型和III型的文明能够将巨大的能量用于通信,发射的会是携带着大量信息的宽频信号。他还提出星际信号会在很短的时间内不断变化以显示非自然性。卡尔达肖夫选出了两个认为有可能是外星信号的射电源:CTA21和CTA102。一些苏联天文学家对这两个射电源进行了观测,证实它们的频谱很宽。卡尔达肖夫的上级索罗米茨基(Gennady Sholomitskii)则观测到了CTA102射电辐射的周期性变化。1965年4月12日,索罗米茨基向世界宣布发现了来自地外文明的信号。这是个轰动性的新闻,着名的飞鸟乐队(The Byrds)还写了首名为《C.T.A.-102》的歌曲。然而CTA102其实是个类星体——天文学家们在六十年代初新发现的一种天体。今天我们知道类星体是一种极为明亮的活动星系核,其中心的特大质量黑洞在吸积物质时会伴有能量巨大的辐射。

? ?? ?相似的事情在1967年又发生过一次。乔丝琳·贝尔(Susan Jocelyn Bell,1943-)是英国天文学家安东尼·休伊什(Antony Hewish,1924-)的研究生,她的职责是分析像心电图一样记录在长长纸带上的射电观测数据。贝尔注意到了一个奇异的射电源,它的脉冲间隔精确地等于1.337秒。她将发现汇报给休伊什,在排除掉人为干扰之后,休伊什认为这种事情太奇怪了,可能是地外文明发来的信号。研究团队将这个射电源戏称为LGM-1,LGM是Little Green Man(小绿人)的缩写。也许是因为有了前车之鉴,他们没有像索罗米茨基那样急着开新闻发布会。贝尔后来又发现了三个类似的天体,分别命名为LGM-2,LGM-3和LGM-4,大家逐渐相信它们与外星信号无关。

? ?? ?后来人们知道这类天体就是三十多年前列夫·朗道(Лев Дави?дович Ланда?у,1908-1968)、沃尔特·巴德(Wilhelm Heinrich Walter Baade,1893-1960)和弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky,1898-1974)预言的,全部由中子所构成的中子星。脉冲星是高速自转的中子星,最快的可以几毫秒就自转一周。随着自转,它的辐射束像灯塔光束一样在宇宙中扫来扫去,当扫过地球时我们就会收到一个脉冲,所以它的脉冲间隔能这样精确。1974年,休伊什因脉冲星的发现而获得诺贝尔物理学奖,却没有授予贝尔这项荣誉。一些科学家指责这次授奖缺乏公正,有人将这届诺贝尔奖称作“没有贝尔”奖(“No-Bell” prize)。
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? ?? ?贝尔和休伊什发现的脉冲星出现在了人类给外星人寄出的第一封信中。NASA计划在1972年3月发射主要用来探测木星的先驱者10号,在探访过木星之后它会越飞越远,最终远离太阳系——这个过程相当缓慢,它需要两万五千年才能行进一光年,而最近的恒星离我们就有4.22光年。科学记者埃里克·伯吉斯(Eric Burgess,1920 – 2005)最早提议作为人类第一个设计为飞出太阳系的飞行器,让它带上给外星人的信息吧。萨根在听到这个提议后去做游说并成功了。这封信是一张高6英寸(15.2厘米),宽9英寸(22.9厘米),厚0.05英寸(1.27毫米),刻有图像的镀金铝板,据估计它可以在太空中保持原状至少数亿年之久。1920年,航天先驱罗伯特·戈达德(Robert Hutchings Goddard,1882 – 1945)曾设想用飞船载着刻有信息的金属板飞往其他行星,五十多年后这不仅成为了现实,而且它还飞向了更遥远的地方。

? ?? ?板上展示内容的构思来自萨根和德雷克,美工上由萨根当时的妻子琳达·萨根(Linda Salzman Sagan,1940-)来做。萨根说板上的信息是由“我们和接收者所共同的语言:科学”写成的。板的左上角是中性氢原子的超精细跃迁,其中央下方标出了一道竖线,它表示二进制数字1。这确立了两个基本单位:一个是时间上的,因为中性氢超精细跃迁的频率为1420兆赫,所以图中时间的基本单位就应该是1秒除以这个数字:0.704纳秒;另一个是长度上的,图中长度的基本单位就应该是中性氢超精细跃迁的波长21厘米。板的右侧是男女人像和他们背后的先驱者10号。最右侧两条横线之间的二进制数字100(表示为l--)即十进制数字8说明了女人的身高为21 × 8 = 168厘米。同样可以算出男人的身高,还可以用所捕获的先驱者10号的实际大小来验证长度基本单位为21厘米这个猜想。

? ?? ?在板的左侧,从一个中心向外辐射出了十五条射线,其中十四条上面标有二进制数字。这些数字可能表示时间也可能表示长度,如果表示长度就是几百万千米,难以猜测它的意义——天文上几百万千米是个很短的距离,日地间距离就有1.5亿千米。如果这些数字表示时间就是0.1到1秒,使人想起脉冲星的周期。这十四条线的意义就是标示太阳(中心)相对于十四颗脉冲星的位置,上面的二进制数字就是脉冲星的周期,第十五条线指向的是银心方向。脉冲星会随时间慢慢减速,所以拾取者可以依据这些周期推算出先驱者10号的发射时间。板的底部是太阳和当时包括冥王星在内的九大行星。拾取者可以先凭借脉冲星定位太阳系的大致位置,再借助太阳系的特征定位太阳系。行星旁的二进制数字表示行星与太阳的距离,单位是水星与太阳距离的1 / 10,可以看到水星上面的数字是l-l-即1010,等于十进制数字10。地球被附上了一条带有箭头的线,箭头指向先驱者10号的图标,说明它是从地球发射的。


先驱者号镀金铝板上的图案

? ?? ?除了先驱者10号外, 1973年发射的先驱者11号也携带了同样的镀金铝板。社会对这封写给外星人的信反响热烈,一些商家出售它的复制品——都没有获得过授权。多数人对这个创意表示赞赏,一些热情的支持者们有人热泪盈眶,有人以诗相颂。批评意见主要来自三个方面。信息是否不容易解读?暴露人类的位置是否会引来攻击?萨根说人类的电台和电视广播早已以光速向宇宙扩散,而先驱者号速度很慢,在很长的时期内也不会带来威胁。最后是关于男女人像,批评理由大多比较奇怪,从向宇宙散播淫秽信息到男人伸出右手像纳粹举手礼。有人认为外星人可以通过电视广播中的二战电影了解纳粹,担忧这个铝板会让他们以为邪恶的一方赢得了世界。

? ?? ?NASA在1977年又发射了两个造访过预定目标后一去不归的探测器:旅行者1号和2号。这次它们携带的是两张相同的镀金铜唱片,直径12英寸(30.48厘米),萨根为首的一个小组设计了其中包含的信息。 唱片封面上有它的使用说明,也保留了中性氢超精细跃迁和十四颗脉冲星的图案。总统吉米·卡特(James Earl Carter Jr. ,1924-)在唱片中留下了一封信。“这是一份来自小小遥远世界的礼物,记载了我们的声音、科学、影像、音乐、思想和感情。我们正努力延续我们的时光,以期能与你们的时光交汇。希望有一天,在我们解决了面对的困难之后,能加入到银河系文明共同体中。这张唱片代表在这浩瀚宇宙中我们的希望、决心和善意。”

? ?? ?唱片的音轨中有联合国秘书长库尔特·瓦尔德海姆(Kurt Josef Waldheim,1918-2007)的致意和55种不同语言表达的问候,包括普通话和三种中文方言;地球上的各种声音,从风声雨声、虫鸣鸟鸣到飞机火箭;来自世界各地的音乐,包括巴赫、莫扎特、贝多芬这些西方古典音乐巨匠的作品,还有民谣和现代音乐,中国选入的作品是古琴曲《流水》。唱片中还收录了116张图片,包括太阳系行星、人体解剖图、自然风光、动植物、人类活动、世界奇观等。值得一提的是,人类扔出的这四个漂流瓶要远比海洋中的漂流瓶更难被发现拾取,因为星海是大海无法比拟的浩瀚。这些瓶中信的象征意义大于实际意义,它们的读者很可能只有我们。

? ?? ?人类首次无线电METI尝试发生在镀金铝板寄出之后,镀金铜唱片寄出之前。位于波多黎各的阿雷西博天文台拥有当时世界上最大的单口径射电望远镜(305米),这个头衔直到2016年才移交给贵州平塘县500米口径的FAST。1974年11月16日,为了庆祝这台望远镜改造完成,人们用它向两万五千光年外的球状星团M13发出了1679位长的二进制信号。球状星团中恒星密集,选择M13作为目标意在提高信息被接收的概率。信息的设计者主要是德雷克和萨根,思想与当年德雷克创作的那个谜题是一脉相承的。

? ?? ?1679也是两个质数的乘积:23和73,将这1679位数字依次填入73行23列的矩形中,将1的方格涂黑就得到了一幅图像。图像的最上端是从1到10的数字,它们最下面一行的1都作为数字的起始标记而不属于数字本身,它们为后面的数字解读提供了图例。往下看是一个由1、6、7、8、15五列数字组成的方格组,这些数字分别是氢、碳、氮、氧和磷的原子序数,它们是DNA包含的五种元素。再往下看,十二个方格组表示了组成核苷酸的脱氧核糖(重复了四次),四种碱基和磷酸盐(重复了四次)。脱氧核糖的化学式为C5OH7,于是按氢、碳、氮、氧、磷的顺序表示为75010,其他化学式也是这样表述的。再下面是DNA双螺旋,中间的数字表示当时认为人类基因组中核苷酸的数量:约为43亿,今天的数值是32亿对。双螺旋下面是人类的形象。人像左侧的数字是14,说明他的身高是信息波长(12.6厘米)的14倍,即1.764 米。人像右侧的数字也约为43亿,是当时的世界人口。接下来是太阳和当时的九大行星,地球在人像的正下方并刻意抬高了一格,说明信息的发送者来自这里。太阳系下面是阿雷西博射电望远镜,二进制数字2430表示它的口径是信息波长的2430倍。


阿雷西博信息

? ?? ?阿雷西博信息共发射了168秒,发射现场用两种声音分别代表0和1来进行同步广播,人群中许多人听到广播时流下了眼泪。和先驱者镀金铝板一样,多数人对阿雷西博的尝试抱有赞赏之情,但它确实也引发了激烈的反对声音。与两万五千年行进一光年的先驱者号不同,这一次信息是以光速传播出去的,虽然发射目标远在两万五千光年外,但信号有可能在中途被较近恒星周围的文明接收。“很长时期内不会带来威胁”这个理由对无线电METI难以成立。反对者们也会想到,如果不对这样的行为加以阻止,下一次的METI会不会对着邻近恒星发射呢?萨根说人类的电台和电视广播早就扩散出去了,这个理由也值得商榷。这些人类泄露的信号传播不远就会淹没在星际噪声中,可能很难再被探测的到,而以大功率定向发射的METI信号会极大增加我们被发现的概率。正如METI的着名反对者,科学家和科幻小说作家大卫·布林(Glen David Brin,1950-)后来对两种信号的比喻:如果要和湖对岸的童子军营通信,可以用莫尔斯码拍水,也可以掏出激光笔。

? ?? ?着名射电天文学家,与休伊什同年获得诺贝尔物理学奖的马丁·赖尔(Martin Ryle,1918 – 1984)警告德雷克:”向银河系揭示我们的存在和位置是非常危险的,如我们所知,宇宙中的任何生物都可能是不怀好意,饥肠辘辘的。” 他希望国际天文联合会对阿雷西博信息作出谴责,并对此类行为明令禁止。赖尔表示这种行为极其不负责任,无论初衷多么高尚,都可能带来地球上所有生命的毁灭。METI的反对者们认为,无法预知地外文明是善是恶,贸然发射信号,暴露人类在宇宙中的位置可能会招致恶意文明的攻击。以宇宙的时间尺度看,人类掌握无线电的时间不过一瞬,任何有星际通信能力的外星文明很可能比人类强大的多。地球上的历史告诫我们,当落后文明与先进文明接触时常常意味着灾难。当经过了八十年代和九十年代,一项项SETI项目都未获得实质性成果,反对METI又有了新的论据:是否宇宙中有一种人类迄今未知的危险,迫使文明保持沉默?

? ?? ?与赖尔相反,萨根和德雷克相信同星际文明的交流会使人类受益。在美苏冷战时期,萨根忧虑核战争会摧毁人类文明,并认为技术文明容易在幼年自我毁灭。他设想突破了脆弱期的先进文明会告诉我们如何避免自毁的方法,原因可能是利他或利己(保留交流和研究的对象)。萨根也设想过某个星际文明在萌芽时接受过其他文明的知识传授,作为一种承前启后的传统,又将有益的信息发送给后进文明。德雷克设想先进文明能教会我们长生不老。萨根和德雷克希望同外星人对话,但并不提倡漫无目的的METI。萨根在1983年表示作为落后文明应该监听而不是发送信息,因为先进文明所拥有的能源和技术更适合担当信息发送者的角色。德雷克认为在没有明确目标的前提下,要使METI变得有意义需要耗费社会无法承担的能源,“在接收到他们的信号前我们不发送信号。” 萨根和德雷克认可的METI只是对外星人的信息予以回应,不过在METI反对者们的眼中这是比普通METI更危险的事情。阿雷西博信息的两位筹划者后来再也没有发起过无线电METI,但人类的无线电METI活动至今还在不断进行着。
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本帖最后由 LittleBusters! 于 2019-4-24 23:57 编辑

? ?? ?阿雷西博信息发射时美国有两个SETI项目正在进行中。 一个是奥兹玛计划二期,它始于1972年,终于1976年。与一期相比,它使用了更大的射电望远镜(300英尺,91米),监听了更多的邻近恒星(670颗),搜索了21厘米氢线附近更宽的区域。另一个是俄亥俄州立大学射电天文台“大耳朵”(Big Ear)射电望远镜的SETI项目,这个项目持续了很长时间,从1973年直到1995年。“大耳朵”不同于传统射电望远镜,它有一个可以调节倾斜角度以观测不同方位的平面反射面和一个固定的抛物线柱形反射面,平面反射面将来自宇宙的无线电波反射到抛物线柱形反射面上,后者再聚焦到可以移动的喇叭馈源处。“大耳朵”的灵敏度相当于有直径53米碟形天线的射电望远镜。

? ?? ?1977年8月15日注定是个后来地外文明爱好者们津津乐道的日子。这一天,天文学家杰里·埃曼(Jerry R. Ehman)在检测“大耳朵”的观测数据时惊讶地发现记录纸上出现了不寻常的一串字符:“6EQUJ5”。埃曼将它们圈起来并激动地在旁边写下“Wow!”(哇!),这个信号就被称作“Wow! ”信号。记录纸上的一个字符对应着每隔12秒对信号的一次采样,空格表示信号强度与背景噪声之比小于1,1表示信噪比介于1和2,……,9表示信噪比介于9和10,A表示信噪比介于10和11,……,Z表示信噪比大于35。随着地球的自转,目标出现在“大耳朵”观测窗口中的时间只有72秒,信号会在目标到达观测窗口中央之前逐渐增强,之后又逐渐减弱。“6EQUJ5”说明了信号至少在这72秒中一直存在,也记录了它先增强后减弱的应有表现。“Wow! ”信号位于人马座,频率与21厘米氢线几乎相等。然而后来世界各地的天文学家们对这个信号进行了无数次的搜寻,却再也没有发现它。一些人尝试为它提供自然的解释,但没有能得到广泛接受的,包括2017年安东尼奥·帕里斯(Antonio Paris)的彗星氢云说。也许有一天我们会知道“Wow! ”信号究竟是什么,也可能永远不会。


“Wow! ”信号记录纸

? ?? ?在独眼巨人计划之后,NASA开始筹划切实可行的SETI项目。1975年,NASA开始为莫里森主持的SETI设计研讨提供资金。1976年,NASA在埃姆斯研究中心(Ames Research Center, ARC)建立了SETI计划办公室,1977年又在喷气动力试验室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)建立了类似的办公室。ARC主张采取针对特定目标监听的传统搜索策略,就是同两期奥兹玛计划一样,选择物理特征和太阳相近,距离又不远的一些恒星仔细监听。JPL希望不去假设信号的方位,进行全天搜索;也少去假设信号的频率,在宽泛的频率范围内进行搜寻。NASA同时采纳了这两个方案,让ARC去做特定目标监听,JPL去做全天搜索。整个项目的名字叫“微波观测计划”(Microwave Observing Program),简称MOP。

? ?? ?MOP在诞生之初就遇到了危机。1979年,参议员威廉·普罗克斯迈尔(Edward William Proxmire,1915 – 2005)授予它金羊毛奖。他在1975年创立了这个奖项,意在吸引媒体注意那些浪费纳税人钱的项目。1981年,他的努力使国会取消了预定来年拨给MOP的近两百万美元,MOP面临着夭折的危险。普罗克斯迈尔认为SETI是没希望成功,只会白烧钱的愚蠢搜索——这种想法倒也正常,毕竟SETI至今也没真正发现过什么。他还了解费米悖论和美国物理学家法兰克·迪普勒(Frank Jennings Tipler, 1947 - )的观点,认为如果有外星人他们早该来地球了。迪普勒认为先进文明会建造能自我复制的冯·诺依曼探测器,并计算出它们在三亿年内就能遍布整个银河系,这个时间比起宇宙的历史来不算长。因为地球附近看不到冯·诺依曼探测器,所以我们是银河系中唯一的文明。普罗克斯迈尔建议美国人停止追逐星际会话的幻影,去和地球上的邻居们敞开胸怀交流吧。

? ?? ?为了说服普罗克斯迈尔,萨根安排了一次和他的会谈。萨根耐心地向他讲解了为什么SETI不是白烧钱的活动。值得一提的是,萨根知道普罗克斯迈尔对核军备竞赛深感忧虑,从这一点着手,对他说突破了容易自毁时期的星际文明会告诉我们避免核战的方法。普罗克斯迈尔被说服了,不再反对SETI。从1983年开始,MOP恢复了每年的拨款。萨根知道国会中反对SETI的不是普罗克斯迈尔一人,说是求生欲强也好,说是再接再厉也好,他接下来发起了一场国际性的支持SETI请愿活动,共募集到了六十九位着名科学家的签名,其中有七位诺贝尔奖得主。萨根在1985年出版的科幻小说《接触》(Contact)讲述了SETI科学家艾丽(Ellie Arroway)穿过虫洞和地外文明接触的故事,它在面世后两年内就卖出170万册,提升了人们对SETI的支持和热情。一般认为艾丽的原型是投身于SETI事业的射电天文学家吉儿·塔特(Jill Cornell Tarter, 1944 - )。

? ?? ?经过了长期的筹备,NASA的SETI项目从1992年秋天开始正式运行,名字从MOP变成了HRMS(High Resolution Microwave Survey,高分辨率微波测量)。NASA选择10月12日——哥伦布发现美洲500周年纪念日来为HRMS的运行揭幕。比灵厄姆在揭幕式上说:“就像哥伦布在500年前的这一天那样,我们驶入了未来。” HRMS 由ARC的特定目标监听和JPL的全天搜索两部分组成,ARC部分用的是阿雷西博305米射电望远镜,两部分都使用了当时最先进的技术。按照预定计划,HRMS将在未来十年内花费1亿美元,世界上所有实施过的SETI项目在它面前都黯然失色了。

? ?? ?然而HRMS只运行了一年。这次站出来指控SETI浪费纳税人钱财的参议员是理查德·布赖恩(Richard Hudson Bryan, 1937 – )。他说:“这场火星人大追捕该结束了,时至今日多少个百万已经花了出去,我们却连一个小绿人也没见着。没有一个火星人说带我去见你们的头儿,也没有一艘飞碟来申请FAA(Federal Aviation Administration,联邦航空局)的飞行许可。” 他还指责NASA试图用“高分辨率微波测量”这样的名字隐藏真实目的。布赖恩比普罗克斯迈尔难对付多了,他说服了参议院中的大多数人支持他终止HRMS的主张。国会决定为HRMS最后拨款100万美元——用于结束这个项目。

? ?? ?SETI研究所开始了对HRMS特定目标监听部分的抢救。SETI研究所成立于1984年,由奥利弗、比灵厄姆、德雷克等人创建,资助者包括惠普的大卫·普克德(David Packard, 1912 – 1996)和威廉·惠利特(William Redington Hewlett, 1913 – 2001)、微软的保罗·艾伦(Paul Gardner Allen, 1953 – 2018)、英特尔的高登·摩尔(Gordon Earle Moore, 1929 – )、莲花的米奇·卡普尔(Mitchell David Kapor, 1950 – )这些IT英豪。研究所得到了HRMS ARC部分的设备,准备发起一个经费来自私人赞助的新项目。1995年,凤凰计划在HRMS的灰烬中重生了,它一直运行到2004年,监听了选定的1000颗恒星。SETI研究所目前赞助着一个使用艾伦望远镜阵(Allen Telescope Array,ATA),像是独眼巨人计划微缩版的SETI项目。这个射电望远镜阵列位于加州的帽子溪,主要赞助人是保罗·艾伦。计划中的ATA由350个口径6米的射电望远镜组成,但至今只建成了一小部分。这个项目的可贵之处在于艾伦望远镜阵是为SETI而建造的,所以有充裕的自主观测时间。

? ?? ?加州大学伯克利SETI 研究中心发起的SERENDIP也是今天运行着的重要SETI项目,它的名称是Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations(搜寻邻近地外先进智慧群落的无线电辐射)的缩写。SERENDIP历史悠久,它始于1979年,当前是第五期(SERENDIP V)。SERENDIP V使用阿雷西博305米射电望远镜,不过是通过搭顺风车的方式来观测的:SERENDIP无法决定望远镜指向何处,它在望远镜为其他天文学研究进行观测时顺带获得数据。SERENDIP的数据处理需要庞大的计算资源,于是诞生了SETI@home。任何人都可以通过运行BOINC软件参与SETI@home,SERENDIP会将一部分数据分成小块交给志愿者们,他们的电脑在闲暇时会对数据进行处理并将结果上报。从1999年SETI@home启动以来世界共有超过800万人参与了这个项目。SERENDIP和SETI@home得到了萨根等人在1980年创办的行星学会的支持。

? ?? ?2015年7月,俄罗斯富豪尤里·米尔纳(Yuri Borisovich Milner,1961 – )公布了颇具雄心的SETI项目突破聆听(Breakthrough Listen)计划,米尔纳为它提供了一亿美元的资金。突破聆听的方案也来自加州大学伯克利SETI 研究中心,从2016年开始,这个项目将运行10年之久。突破聆听是有史以来对星际信息最全面的搜索,监听的目标除了100万颗邻近恒星外还有100个星系的核心,除了无线电波外,它还会对可见光波段进行监听。突破聆听使用绿岸天文台的100米口径射电望远镜和澳大利亚帕克斯天文台的64米口径射电望远镜搜索无线电波段,用里克天文台2.4米口径的APF(Automated Planet Finder,自动行星探测器)望远镜进行光学观测。一亿经费将有三分之一会花在购买观测时间上。和SERENDIP一样,突破监听也把一部分数据的处理分流给了SETI@home。

? ?? ?中国科学院国家天文台在2016年与突破计划签署了合作意向,500米口径的FAST将加入突破聆听项目。“双方将有可能交换观测计划、探测方法和数据,并快速进行跟踪观测及数据分析”,共同“寻找地球以外智慧生命的线索”。成功的希望如何呢?科科尼和莫里森的名言再次响起:“成功的可能性难以估计,但如果我们不去搜寻,机会就是零。”
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发表于 7?天前 | 只看该作者
顶猫神,Mark一下慢慢看
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?楼主| 发表于 7?天前 | 只看该作者
未完? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?
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?楼主| 发表于 7?天前 | 只看该作者
DOGSTAR 发表于 2019-4-24 22:28
顶猫神,Mark一下慢慢看

我想写本关于地外文明的书,这是前三章
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发表于 7?天前 来自手机 | 只看该作者
顶猫,继续啊
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?楼主| 发表于 7?天前 | 只看该作者

目前写完三章 以后更新

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发表于 6?天前 | 只看该作者
这个要顶,请继续噢
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?楼主| 发表于 6?天前 | 只看该作者
喜欢天文 发表于 2019-4-25 00:48
这个要顶,请继续噢

恩? ?? ?? ?? ?? ?? ?

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发表于 6?天前 | 只看该作者
前排顶顶,写得真好
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?楼主| 发表于 6?天前 | 只看该作者
Enjoy_me 发表于 2019-4-25 11:31
前排顶顶,写得真好

谢谢
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发表于 3?天前 | 只看该作者
佩服写长文又是好文的人。
楼主是crazygame吗?

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