太空深處的智慧：搜尋宇宙文明
地球只是人類的搖籃，但是人類不能永遠生活在搖籃里，他們起初小心翼翼地穿出大氣層，然后征服整個太陽系。
齊奧爾可夫斯基
宇航事業的祖師爺
如果在宇宙中確實存在許多與我們相似的智能生命，那么，我們怎樣才能找到他們的蹤跡？在我們當中，肯定有許多人希望有一天能夠見到友善的外星人。大家會在相互的交流中學會并發現許多新的東西。我們現在要做些什么才能實現這種愿望呢？
有兩種可行的方式。第一種方式是利用我們業已掌握的電磁波發送和接收技術，向太空發送有意義的信號，并靜候遠方的回音，或者接收從太空發來的電磁波，看一看是否有什么有意義的信號；第二種方式是向太空深處發送承載人類智慧的飛行器，期望能夠與可能存在的宇宙文明做直接的接觸。這兩方面的工作都做過嘗試。
1960年，美國正式啟動了一個叫做“奧茲瑪計劃”的項目，嘗試接收地外文明世界發出的無線電信號。奧茲瑪是美國兒童文學作家萊曼·弗蘭克·鮑姆的小說《奧茲瑪公主》中的人物。小說描寫小女孩多蘿茜由于一個偶然的機會去到一個叫做“奧茲”的王國的歷險故事?！皧W茲”是一個非常奇特、非常遙遠和難以到達的國度，在那里居住著一位名叫“奧茲瑪”的美麗的公主。因此，“奧茲瑪計劃”的含義就是“尋找遙遠的宇宙文明”。
奧茲瑪計劃由康乃爾大學的天文學家法蘭克·德雷克主持，于1960年4月正式實施，利用西弗吉尼亞州西部綠岸鎮射電天文臺剛建成的一臺口徑為26米的射電望遠鏡，在21厘米的波長上接收來自太陽系附近外太空的電磁波信號，意圖獲得來自宇宙文明的信息。
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射電望遠鏡 傾聽來自太空深處的輕輕的嘆息 |
我們知道，宇宙中含量最豐富的元素是氫，任何技術型的智能生命肯定會對這種元素有深入透徹的了解。21厘米波長的電磁波處于電磁波譜的微波波段，是由低溫下的中性氫原子發出的。這種電磁波由于能夠輕易地穿透星際空間的塵埃云，因此，在對銀河系的研究中有著極其重要的作用，而光學波段的電磁波往往因受到塵埃云的吸收而無法傳播得很遠，致使利用光學觀測研究銀河系的深處受到阻礙。根據人類科學發展歷史的經驗，這種被稱為21厘米氫線的電磁波很可能是每一個技術文明處于初級階段就能夠充分認識和有效利用的電磁波。
中性氫原子由帶正電荷的質子和帶負電荷的電子組成，兩種粒子都有一種類似于自轉的性質，稱之為自旋。當電子與質子的自旋取向相互反平行時，整個原子處于最低能量的狀態；當它們的自旋取向相互平行時，原子就會獲得很小的附加能量。在太空深處，溫度常常接近絕對零度，在這種環境下，氫原子通常都處于最低能量狀態，也就是電子和質子的自旋取向相互反平行。然而，即使是在太空深處最寒冷的地方，原子也會緩慢地運動，這樣，原子之間就不可避免地會發生碰撞。碰撞過程會把原子的運動動能轉變成原子的內部能量，其效果就是使電子的自旋取向掉過來，變得與質子的自旋取向平行，這時，整個原子就處于一種其能量比最低能量狀態的能量稍微高出一點點的狀態。也就是說，碰撞過程使原子獲得了一點點的附加能量。根據量子力學規則，這種能量稍微高一點的原子會自發地轉變為能量更低的狀態，并以光子的形式釋放出它們獲得的能量。由于兩種狀態的能量相差很小，因此，所發出的電磁波的頻率很低，對應的波長為21厘米。
由德雷克領導的奧茲瑪計劃項目小組在三個月內把射電望遠鏡先后指向距地球約10光年的兩顆恒星：鯨魚座τ和波江座ε，累計監聽了近兩百小時，卻始終沒有檢測到有意義的信號。
1972年，本杰明·薩克曼和派翠克·帕默共同發起奧茲瑪計劃二期。到1975年止，天文學家對距離地球80光年以內的600多顆恒星進行監聽。然而，并沒有接收到任何被認為可能來自宇宙文明的信號。
從1960年開始到1975年結束，奧茲瑪計劃沒有取得預期的成果。雖然這一次探索以失敗告終，但是，它卻是人類歷史上第一次有目的和有組織地嘗試在太空深處尋找宇宙文明的計劃。包括人類無數次科學探索的成敗，奧茲瑪計劃的失敗告誡我們，科學探索是一項艱難的和持久的智力活動，不可能輕而易舉地就取得成功，有一些科學探索可能需要幾代人持續不斷地努力才會得到一些有價值的結果。
在奧茲瑪計劃實施期間，天文學家還做了一件非常重要的事情。
1963年，美國在中美洲島國波多黎各的阿雷西博山區建造了一臺巨大的射電望遠鏡。這臺望遠鏡最初是為研究電離層而建造的，后來卻在射電天文學的研究中做了更重要的貢獻。
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阿雷西博的問候 這是一臺固定在山谷中的大型射電望遠鏡，人類用它發出第一個星際呼叫信號。 |
阿雷西博望遠鏡主要用于研究類星體、脈沖星和宇宙深處的射電源。其中最重要的研究成果是1974年由泰勒和赫爾斯發現的第一對射電脈沖雙星系統。根據廣義相對論，這對脈沖雙星因相互繞轉時會發出引力波，導致它們的繞轉周期發生變化。這兩位天文學家利用阿雷西博望遠鏡進行長時間的觀測，得到了這對脈沖雙星的軌道周期的大量數據，驗證了廣義相對論的預言，間接地證實了引力波的存在。泰勒和赫爾斯因此被授予1993年度的諾貝爾物理學獎。1991年，還是利用阿雷西博望遠鏡，天文學家首次發現了一個毫秒脈沖星的行星系統，這是人類探索外星文明的一次重要進展。
阿雷西博望遠鏡建成之后曾經進行過多次改建。最初的反射天線由金屬網構成，最短的工作波長是50厘米；1974年對天線做了改建，用三萬多塊金屬板拼接而成，工作波長達到5厘米；1980年再次進行改建，把天線的直徑擴大到366米；截止到1997年的改建，望遠鏡能觀測到的波長范圍達到6米到3厘米，能夠觀測到更多的分子譜線。
為了慶祝1974年的那次改建，天文學家利用阿雷西博望遠鏡向距離地球2萬5千光年的球狀星團M13發射了一條尋找宇宙知音的無線電信息，信息將在2萬5千年后傳到這個遙遠的星團。如果到那個時候那里存在與我們相似的智能生命，如果信號有幸能被他們接收到，如果他們也同樣熱情地給予我們回復，那么，5萬年之后，我們將會收到明確的答復?？墒?，我們的文明能夠延續到那一刻嗎！與其說我們想要得到一個答復，倒不如說我們希望向未來的宇宙文明講述我們曾經有過的輝煌，顯示我們在這個宇宙中曾經存在過。
這條所謂的阿雷西博信息，由1679個二進制數字組成，包含了有關人類文明的重要信息，由弗蘭克·德雷克領導的團隊設計。1679這個數字只能被拆分成兩個質數23和73的乘積。所以，任何接收到這條信息的文明只能將這1679個數字排列成一個矩陣。如果他們將這些數字排列成23行，得到的將是一片沒有任何意義的涂鴉，但是，如果將它們排列成73行，就會得到一幅有明確意義的信息圖。如果他們能夠正確解讀這些信息，就會 獲得有關人類文明的一些基本資訊：最基本的10個十進制數字、人類DNA所包含的五種元素和DNA的基本結構、1974年人類的一些基本資料、DNA的雙螺旋結構、太陽系的基本狀況等。
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阿雷西博信息 顏色只用作分類，信息本身是沒有任何顏色的。 |
今天，奧茲瑪計劃已經落下帷幕，但是，人類探尋地外文明的新紀元才剛剛開始。就在奧茲瑪計劃結束之后沒多久，另一項搜尋地外文明的計劃揭開帷幕。
1992年，一個分析天體射電頻譜的項目開始運作，它通過對由射電望遠鏡接收到的無線電信號進行頻譜分析，以期得到可能是由外星文明發來的信息。
在地球上，每時每刻都會接收到大量來自外太空的無線電信號，這些無線電信號是太空深處的天體通過各種物理過程發射的。一般情況下，在地球上接收到的這些無線電信號都是雜亂無章的。如果在這些被接收到的信號中有一個成分是由外星文明發送過來的，這個信號成分也會被淹沒在這些浩如煙海的無線電噪聲中。在這些噪聲本底中把那些有明確規律的信號提取出來是一件相當艱難的事情，僅僅依靠幾個專業人員是根本無法完成的。
幸運的是，這個項目開始沒多久，人類社會就進入了互聯網時代。
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| 如果我們是宇宙中唯一的存在，空間是多么巨大的浪費。 |
在進入互聯網時代之后，這個項目己經不再被局限在專家們的圈子里了。1999年5月，一個利用互聯網聯結全世界的個人電腦共同搜尋地外智能(Search for ExtraTerrestrial Intelligence，簡稱SETI)的計劃SETI@Home開始實施。SETI@Home計劃寓意為安坐家中搜尋地外智能，由加州大學伯克利分校發起，中心平臺設在伯克利空間科學實驗室。在這個計劃中，科學家們開發了一個軟件，利用這個軟件通過互聯網把世界上成千上萬的個人電腦聯結起來共同完成搜尋地外智能的事業。項目的中心平臺預先將來自射電望遠鏡的數據分成一個個小數據包儲存在中心計算機中。世界上任何一個角落里有興趣于探索地外文明事業的個人，只要擁有一臺能上網的個人電腦，就可以到中心平臺上下載并安裝這個軟件。連接上互聯網的個人電腦只要運行這個程序，就可以在計算機空閑的時候自動通過互聯網向中心計算機索取一個數據包進行分析，并將分析的結果發送回中心計算機。志愿者無需操心這個軟件是如何運作的，也不用擔心程序的運行會干擾電腦的常規運作，SETI@Home程序以屏保模式或后臺模式進行數據分析，它只在電腦空閑的時候啟動，不會影響電腦的日常工作。
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Seti@Home的運行界面 |
自1999年5月開始運行，到2005年關閉之前，總共有500多萬志愿者加盟SETI@Home，全部志愿者的個人電腦累積的工作時間超過200萬年，分析了大量無線電數據，但是始終沒有發現有疑似外星智能的信號。
其實，搜尋地外智能只是SETI@Home計劃的其中一個目標。SETI@Home計劃還有一個目標，想要通過這個計劃探索分布式計算是否可行。雖然未能達成搜尋地外智能這個預期的目標，但是，通過SETI@Home的運作，充分證明了分布式計算在利用接入互聯網的個人計算機進行數據分析和處理方面的可行性，并顯示出這種運作方式的強大的能力，這種能力甚至超越世界上任何一臺超級計算機。
2005年3月，SETI@Home宣布，逐漸停止舊平臺的運行，全面轉入新的BOINC計算平臺。新的計算平臺實際上是一個在更廣泛的科研領域中支持分布式計算的平臺，它所支持的分布式計算項目包括天文學、化學、物理學、生物醫學、數學與計算科學、人工智能與認知科學、以及地球科學等計算密集型項目。
除了上面講到的間接的探索方式，我們也可以采用第二種更加直截了當的方式，派遣宇宙飛船遠征宇宙彼岸的文明世界。
1972年3月，先驅者10號宇宙飛船發射，它攜帶著一塊6*9英寸的鍍金鋁板，上面刻著反映人類在宇宙中的位置以及人類文明現狀的信息。在銘牌的一側，刻著代表地球上的智能生物形象的一男一女的圖像，其中的男子正舉起右手，代表人類向可能存在的外星文明致意。先驅者10號于1973年12月到達木星附近，在對木星進行了近距離的探視之后，于1983年6月越過海王星，朝著背離銀河系中心的方向飛離太陽系，成為人類文明的第一個和平使者。繼先驅者10號之后，于1973年4月發射的先驅者11號帶著同樣的一塊鍍金鋁板，于1974年12月接近木星，借助木星的強大引力，改變軌道飛向土星，并于1979年9月到達土星附近，在飛過土星的光環之后，向著朝向銀河系中心的方向飛離太陽系。
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地球的使者 先驅者號太空船上的金屬銘牌。任何發現這塊銘牌的外星智能生命都能推斷出我們存在于何時何地。 |
1977年8月,旅行者2號發射，1977年9月,因發射前出現故障而延期的旅行者1號發射，它們在離開太陽系之前的一個重要任務是探測太陽系的外圍行星。這兩艘宇宙飛船都攜帶著一張鍍金銅板聲像唱片，被稱為“地球之音”。唱片上面錄制了地球上各種有代表性的聲音和圖片：用幾十種語言給“外星人”的問候語、幾十種大自然的聲音、幾十分鐘的世界名曲以及一百多幅有關人類和大自然的照片。預計唱片可在宇宙間保存10億年之久。在對太陽系外圍行星進行了詳盡的探測之后，兩艘旅行者號探測器將分別向著朝向和背離銀河系中心的方向飛離太陽系。
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旅行者號和她的地球之音 |
自從先驅者號和旅行者號出發以來，四十多年過去了，這幾艘承載著當前人類文明信息和對未來宇宙文明的問候的宇宙飛船已經完成了它們的前期任務，正向著廣闊無垠的太空飛離太陽系，到宇宙深處尋找它們的歸宿。
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藝術家描繪的太空殖民計劃 |
派遣載人宇宙飛船去拜訪遠方的文明將是一種最直截了當的辦法?？墒?，由于恒星之間的巨大的距離，這樣的星際旅行將是一段極其漫長的旅程，如果使用今天的能源技術和宇航技術，即使要到達最近的恒星也需要飛4萬年。這就需要在宇宙飛船中建造一個模擬地球的環境，可以讓人類的殖民團在經過若干代的飛行后到達遙遠的星球。
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| 生物圈二號 |
作為一個前瞻性的實驗，20世紀80年代末，美國耗資近兩億美元在亞利桑那州圖森市以北的沙漠中建造了一個實驗基地：生物圈2號，這是一座完全封閉的鋼架結構的玻璃建筑，是一個微型的人工生態系統?？茖W家希望通過實驗獲知，人類是否能夠建造一個穩態的人工生態系統。1991年9月，八位科學家進入生物圈2號，開始了預期進行兩年的科學實驗。最終，由于氧氣的濃度從正常占比下降到14%，研究人員被迫撤離。這個為期兩年的實驗，于1993年9月以失敗告終。生物圈2號的失敗告訴我們，在現有的技術條件下，人類還難以模擬和控制可供人類生存的大尺度的生態環境。
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巨大的太空輪 |
也許我們可以等到將來再著手這項工作。那時候，人類將有可能開發出新的能源技術和宇航技術，使宇宙飛船加速到接近光速。這樣，人類就有可能飛越數萬光年的距離到達遠方。盡管在地球上看，飛達目的地可能需要若干萬年，但是，根據相對論，星際旅行者在宇宙飛船上只度過了短短幾年的光陰，他們將成為真正的時間旅行者，飛到了我們的未來。
不過，有一點我們必須認識到，無論我們采用哪一種技術，星際旅行者都不可能再回到出發的那個時代，那個時代與他們返航的時刻可能相隔數萬年。當他們或者他們的子孫返回地球的時候，我們的文明是否仍舊存在？抑或我們的文明早就毀滅了，取而代之的將是一個他們并不熟悉的新的文明！
