外星文明的“星光密码”

张唯诚

迄今，人类搜索外星文明的努力都没有取得明显的成效。火星和金星上没有人们猜测的智慧生物，外太阳系行星的冰下海洋里可能只有类似微生物的低级生命，向遥远星系发出的人类问候也石沉大海，杳无音信。

但科学家并没有失望，他们想到了一种完全不同的方法，就是寻找外星文明的“人造物体”。科学家认为，只要仔细研究闪烁的星光，包括天体的辐射，就有可能在宇宙中找到外星文明的建筑物，比如，与行星一般大小的太空电站、环绕着恒星的环和球、巨大无比的计算机等。现在，有三个研究小组正跃跃欲试，他们将致力于研究宇宙中的星光和红外辐射，解读可能隐藏在“星光密码”中的有关外星文明的蛛丝马迹。但是，这个办法真的有效吗？

对外星文明的猜想

在宇宙中，除了地球文明之外究竟有没有其他文明？如果有，它们会是怎样的？1 9 8 4年，苏联天文学家尼古拉· 卡尔达舍夫发表了一篇名为《超级文明结构的必然与可能》的论文。在这篇文章中，他认为一个文明的结构是遵循一种自然的和不可避免的道路发展的。

开始时，它占据的区域很小，但接下来便会发展壮大，进而占有更广阔的空间。于是，卡尔达舍夫断言，宇宙中的文明如果不是注定要自我毁灭的话，它们中的绝大多数一定比人类文明古老和先进得多。想想人类，我们的道路、城市、乡村和田野已经覆盖了几乎整个大陆，我们的宇宙飞船已经越过了太阳系的边界，而做到这一切，人类只花费了几个世纪的时间。假若一个文明已经存在了几百万年，甚至几十亿年，那会是怎样一种情景呢？卡尔达舍夫由此认为，那样的文明有可能在宇宙中布设巨大的“人造物体”，包括机械、工程、发电站等。他推测，文明存在的时间越久，那些物体所具有的体积、质量就越大，释放的能量和信息也就越多，从而也就更容易被我们从地球上观测到。

对那样的文明，还有人做过描述。1 9 6 0年， 物理学家弗里曼· 戴森提出了一种名为“戴森球”的理论。他认为，一个高度发达的文明应该有能力将它们的“太阳”用一个巨大的球状结构包围起来，使“太阳”的几乎所有辐射都能被截获。因此，这个文明就能获得充足的能源，发展到足够高的程度。戴森设想，这样的文明应该有能力在它们的“太阳系”中，利用从小行星和行星上获得的材料构建围绕恒星旋转的“岛屿”。几千年、几万年，甚至几百万年后，它们的“太阳”便完全被这些“岛屿”包围起来了。

这就是“戴森球”，它是一个巨大的、环绕着恒星的“太阳能发电厂”。

在我们看来，“戴森球”的规模几乎是难以想象的，没有人认为完成这样的工程是容易的。它的半径和地球公转轨道的半径差不多，面积是地球表面积的1亿倍。科学家推测，这样大的物体更可能分散存在，与其叫它“戴森球”，还不如叫它“戴森云”。戴森并没有仔细考虑这种建筑的细节，所以他的描述也只是建立在合理的推测上。戴森说：“我们没有办法评估这样的工程。”科学家推测，如果“戴森球”真的存在，它便可能将恒星的光线完全遮挡住，我们用眼睛无法看到它们。但它们会散发余热，从而释放红外辐射。

1 9 6 6年，卡尔·萨根提出一个观点，认为假如用红外望远镜发现了一个发热的天体，而在可见光波段又没有任何影像，那么这个天体就可能是一个“戴森球”。

前所未有的红外探测

不过，萨根的说法并不全对，因为宇宙中非人造的物体也有可能出现类似的情况。例如，非常年轻和非常古老的恒星就经常被尘埃和气体包裹着，那些尘埃和气体遮住了恒星的可见光，从而散发红外辐射，这就很容易和“戴森球”相混淆。

在这种情况下，红外辐射的光谱会帮助人们加以辨别。通常情况下，尘埃和气体中的硅酸盐物质会形成光谱中独有的宽峰，而炽热气体中的分子也能制造出更亮和更暗的谱线。比较而言，来自“戴森球”的红外光谱应该是光滑和单调的。所以，美国加利福尼亚州立工业大学的马特波· 维奇说：“希望我们探测到的红外光谱是单调的，越单调越好。”基于上述原因，科学家打算通过分析红外光谱的数据来鉴别天体散发的余热。这些数据分别来自两个红外空间望远镜的观测，即2 0 0 9年发射的广角红外线探测望远镜和2 0 0 3年发射的斯皮策空间望远镜。另外，根据美国宾夕法尼亚州立大学的詹森·莱特的分析，一个拥有“戴森球”的外星文明至少已经存在几百万年，它们必定会在它们的星系中开拓殖民地，把“戴森球”从一个地方推广到另一个地方，使得自己的地盘在星系中不断扩张。莱特说：“一旦拥有能够自给自足的殖民地，你就必将向整个星系扩张。你甚至没有办法使这种扩张停下来，因为你已经不能协调所有殖民地的行为了。”

假如这样的事情发生在银河系，那么我们应该可以在很多地方找到“戴森球”。莱特说：“只找到一个或者很少的‘戴森球，反而是很奇怪的。”

按照卡尔达舍夫的说法，如果一个文明掌握了整个星系的能量，那么它就属于“第三类文明”，而次于这种文明的“第二类文明”和“第一类文明”只能掌握某一恒星和某一行星的能量。莱特相信，假如一个星系中存在“第三类文明”，那么由于“戴森球”的大量增加，星系的颜色就会越变越红，人类的红外观测即使在1 0亿光年之外也能发现它们。如果这种变化发生在整个星系团中，那么可观测的距离还可以更远。因此，莱特的研究小组计划把他们的红外观测延伸到宇宙的深处。

那些古怪的星光

假如外星文明的“太阳能发电厂”只是一些很薄的环或者存在缝隙，那么必然会有星光泄漏出来。对这些泄漏出来的星光可用红外观测之外的方法加以研究，这便是另外两个研究小组所要承担的任务了。这两个小组原计划依靠开普勒空间望远镜寻找相对小一些的“人造物体”。开普勒空间望远镜可观测恒星光度的微小变化，使用这种方法，它已经锁定了很多系外行星的潜在目标。然而，由于开普勒出现了难以修复的故障，这个计划能否顺利实施目前尚存在疑问。美国夏威夷大学的天文学家安德鲁· 霍华德计划带领他的研究小组搜寻宇宙中那些以非同寻常的方式变得暗淡的星光。他说：“我们要寻找的是一些古怪的星光变化，这样的变化用自然现象是无法解释的。”endprint

与此同时，另一组科学家计划通过分析数据研究恒星的光。当一个物体经过恒星表面时，它必然会遮挡一部分光线，在地球上看恒星的亮度就会暗一些。这样的变化可以用一条光变曲线来表示，显示恒星的光度在一段时间里发生了怎样的变化。假如一个物体大到一定程度，比如和一颗气体巨行星一样大，那么灵敏的空间望远镜就不仅能观测到恒星的光度变化，还能依照光变曲线猜测出它的形状。如果这个物体不是圆形而是某种特别的形状，例如长方形，那么就有可能是外星文明的产物了。

事实上，这种巨大且单独存在的物体有可能比“戴森球”的寿命更长，而寿命越长，被人类观测到的机会就越大。按照研究小组负责人、美国普林斯顿大学的卢西恩· 瓦尔克维什的说法，一个“戴森球”如果是以“戴森云”的形式存在，它的寿命会相对短一些，因为这种结构一旦被遗弃，就会不稳定，容易解体。而环或者一个单独的整体则不容易出现这种情况，即使被遗弃在太空中，也可以存在几十亿年。科学家认为，针对光线的观测和分析还有可能找到其他“人造物体”， 比如用于推动光帆飞船前进的、巨大的反光镜等，因为它们也能产生非同寻常的闪光。一些未来学家还认为，外星文明甚至有能力利用恒星物理学的知识改造它们的“太阳”，例如延长“太阳”的寿命或者制造出有用的元素。如果是这样，它们的恒星就会发生人为的光度变化，这样的变化也能被我们观测到。

不同的气体

但是，新奇的光变现象并不全都意味着外星文明，也可能是一些自然现象，只是这些自然现象也同样需要科学的解释。因此，发现它们同样也是有价值的。不过，未来学家罗伯特· 布拉德伯里还设想了另外一种情况：有些“戴森球”很可能非常难探测到。他说，就宇宙中的“太阳能发电厂”而言，最有效率的结构应该是一种“系列化”了的“戴森球”，嵌套式的，一层套着一层，由一个巨大的超级电脑控制；越靠外的层温度越低，到最外面时可能就只有3K 了，仅比宇宙微波背景辐射高一点。这样一来，无论是红外观测还是可见光观测都很难发现它们。因此，这样的“戴森球”即使离我们很近也很难被观测到。

现在，天文学家已经能够探测行星大气的化学组成了，他们在行星大气的光谱中寻找二氧化碳、甲烷、水蒸气和钠。

这些物质在一些巨行星上比较容易被观测到，因为巨行星通常离它们的“太阳”非常近。从理论上说，这样的探测在类地行星上同样可以进行，尤其随着望远镜性能越来越强大，观测到类地行星的大气组成便越来越有可能变成现实。科学家推测，假如有一天，人们在类地行星的大气层中发现了人工合成的气体，例如氯氟烃，那么就有理由相信，我们找到了一个潜在的外星文明的目标。这是因为，类似氯氟烃这类人工合成的气体很可能被外星文明用来“加热”行星，以使一些寒冷的行星变得适宜居住。英国东安格利亚大学的马克· 克莱尔说：“我认为，在遥远的星际空间里，假如真有什么暗示星际文明存在的证据，唯一可能发现的东西就是人工制造的‘全球变暖，它应该被当作星际文明存在的信号。”克莱尔的理由是，人类要开拓火星，最有可能的方案就是用含氯氟烃或六氟化钠的物质去改造火星的气候，使它变得温暖起来。这样的办法如果我们能想到，那外星人为什么就不能想到呢？

延伸阅读

科幻小说中经常提及的戴森球变体是“戴森壳”，一种环绕恒星的均匀壳体。这种结构能够1 0 0 %拦截恒星的能量输出，从而完全改变中心恒星的光线发射。如果其表面能够居住的话，它能够为设想中的人类定居点提供极大的活动空间。若在太阳系中建造一个半径为1 天文单位的戴森壳，则其内壁上的任意一点都将接收到与地球接收到的等量的太阳辐射。该戴森壳的内壁面积至少为2.7 2×1 01 7平方千米，是地球表面积的5.5亿倍。这个戴森壳将拦截全部4 . 0× 1 0 2 6瓦特的太阳能量输出，是太阳在该阶段我们可能获取的最大能量值。这大概是人类在2 0 1 0 年消耗的全部能量的2 3 5 万亿倍。不过戴森壳也存在一些理论上的困难：这种壳体模型没有考虑到将中心恒星包含在内的重力交互作用，可能因中心恒星的影响而发生偏移。如果这样的偏移运动得不到纠正，最终可能导致壳体和恒星的直接碰撞，导致灾难性的结果。这样的结构需要某种形式的推进力去抵消偏移，或采用一些办法使得壳体表面远离恒星。endprint