科學也可以如此靠近

這是一個觸碰群星的計劃:「少年,跟我一起去尋找外星人吧!」


2018年2月12日07時 今日科學 鳳凰新聞
鳳凰新聞

文:Steed

史蒂芬‧霍金教授再一次作出了末日預言。

2017騰訊WE大會上,霍金在特別準備的獨家視頻演講中預言,按照過去200年來的人口增長率,到2600年世界將擁擠得「摩肩擦踵」,電力消耗將讓地球變成「熾熱」的火球。想要避免這樣的末日,他認為最好的辦法就是移民到太空,探索人類在其他星球上生活的可能。

霍金教授在2017騰訊WE大會上,再次作出了末日預言。圖片來源:騰訊WE大會

當然,人類移民到外星球必然是一個長期的目標,可能很長的一段時間才有希望實現。而現在,霍金指出我們還有另一種選擇,可以對久遠的未來人類可能前往的外星球先作一番考察,那就是他和俄羅斯富商尤里‧米爾納(Yuri Milner)在2016年倡議發起的「突破攝星」項目。

沿用現有的航天探測思路,哪怕是人類發射過的速度最快的太空飛行器,想要飛抵距離太陽最近的其他恆星,也需要至少8萬年的時間。而霍金倡議發起「突破攝星」項目的目的,正是想把此類跨越星際的探測,縮短到我們的有生之年以內。項目的大體構想是,將功能完備的太空探測器設計成郵票大小,也就是所謂的「星晶片」飛船,再將它們附著到輕薄的光帆之上,然後利用大功率雷射光束來提供動力,把這些探測器加速到20%光速。如此一來,前往最鄰近恆星的時間,就從8萬年大大縮短到了區區20年。當然,這一構成想要成為現實,目前看來仍有許多技術難關有待攻克。「突破攝星」更像是一個可行性研究方案,分析這一構想所面臨的難題,並資助研究去尋找解決這些難題的辦法。

除此之外,由俄羅斯富商米爾納發起的「突破倡議」還包含了其他項目。始於2015年7月的「突破聆聽」項目,正使用世界上最大的幾台射電望遠鏡,比如美國的綠堤射電望遠鏡和澳大利亞的帕克斯射電望遠鏡,以及一些光學望遠鏡,在太陽附近的其他恆星周圍搜尋可能由智慧生命發出的信號。「突破訊息」項目則在研究,向茫茫深空發送訊息是否會存在風險。掌管這一系列項目的科學家,是2015年才從美國國家航空航天局(NASA)艾姆斯研究中心主任位置上退休的皮特‧沃登(Pete

Worden)。

突破倡議執行董事皮特‧沃登,在2017騰訊WE大會上分享了「突破攝星」項目的現狀和前景。圖片來源:騰訊WE大會

作為「突破倡議」執行董事,沃登在2017騰訊WE大會上也進行了專題演講。除了分享「突破攝星」項目的現狀和前景以外,他在演講中還特別提到,中國的FAST射電望遠鏡也在去年加入了「突破聆聽」項目,參與到了對外星智慧生命的搜尋之中。

演講之前,我有機會見到了沃登,並對他進行了專訪。

Steed:「突破聆聽」項目正在使用包括FAST在內的一系列射電望遠鏡來搜尋可能來自外星文明的信號。這跟始於上世紀60年代的SETI計劃如出一轍。然而SETI計劃迄今一無所獲,您對突破聆聽項目的成果有什麼期待?

沃登:SETI計劃始於19世紀60年代,由相當有名的天文學家弗蘭克‧德雷克(Frank Drake)發起,合作者還包括更加著名的天文學家卡爾‧薩根(Carl

Sagan)。但他們當時用來搜尋信號的設備相當有限,只能監聽非常狹窄的射電頻段。今天我們擁有的設備是全新的射電望遠鏡,比如中國的FAST望遠鏡,可以搜尋的頻譜要寬廣得多,這意味著我們可以監聽更多不同波長的射電波。他們當年也沒有搜索過光學波段,而今天我們還使用了光學望遠鏡,來搜尋可能的雷射通訊信號。另一個進步則是我們分析這些數據的方式。現在我們對這些數據的分析要比當年精細得多,我們可以準確地分析某個特定頻率的信號,並且可以同時監聽100億個不同的頻率。此外,過去我們能夠監聽的恆星數目是非常有限的,你只能監聽幾百顆,甚至上千顆恆星。而現在我們要做的是監聽數百萬顆鄰近恆星,遠到上千光年以外。所以,這是一個複雜得多的巡天項目,我們可以搜尋外星人可能用來通信的更多種方法,而且可以深入到銀河系中更遙遠的地方。

Steed:您對這一項目有什麼樣的期待?是有朝一日我們可以確定地證明我們發現了外星文明,還是說經過一段時間搜索以後,我們可以得出這樣一個結論,在這個銀河系裡只有我們,並沒有其他的外星人存在?

沃登:我們或許永遠都無法證明外星人是不存在的,因為我們不可能把整個宇宙都搜索一遍。不過隨著我們深入搜索銀河系的更深處,我們或許會發現一些跡象,表明外星人要麼非常罕見,要麼無法持久生存下去。這一點也讓我們能夠更好地了解我們自身可能的未來。對於人類來說,我們是否孤獨,這是一個基本問題。我們希望能夠開始回答這個問題。

中國的FAST望遠鏡已經加入了「突破聆聽」項目,開始參與搜尋可能來自外星文明的信號。圖片來源:新華社

Steed:就在上個星期,天文學家剛剛發現了第一顆來自於太陽系外的小行星。幸好,目前看來它只是一個天然的天體,並不是外星人的飛船。而在「突破攝星」計劃里,我們希望發射數以千計高速飛行的「星晶片」飛船。如果有數以千計類似這樣的小飛船闖入我們的太陽系內,您覺得我們人類現有的技術,有沒有可能察覺到它們?

沃登:以我們現有的這些技術,我們無法察覺到這些飛船,它們會在幾小時內飛過我們的太陽系。我隨身帶了一個「飛船」,這是一塊非常非常小的晶片。我們無法在幾百萬千米以外的太空中看見它們,所以我們不太可能知道是否有這樣的飛船在飛過我們自己的太陽系。我們的技術還不足以讓我們能夠察覺到這一點。

Steed:假設,我們要去的半人馬座比鄰星那邊有外星人存在,而且他們的技術可能比人類的技術更加先進,他們說不定可以發現這些小飛船。未來我們發射這麼多飛船到他們那裡,而且速度這麼快,大概達到20%光速的話,一旦被他們發現,會不會覺得我們太陽系的人類正在入侵他們,會不會引發一場星球大戰?

沃登:我們肯定會把它們送上這樣的軌道,讓它們撞不上任何東西,跟那裡的任何行星都保持一定的距離。我們推測,任何人遇到這樣的情景,都會理解這些飛船隻是來探測的。當然,你永遠不知道外星人會作何感想。在發射任何東西過去之前,我們希望能夠通過遠距離觀測,確定那裡是否有智慧生命的存在。

「突破攝星」計劃打算藉助光帆,將郵票大小的晶片級探測器加速到光速的20%,以便能夠在20年內抵達最鄰近的恆星。圖片來源:突破倡議網站

Steed:「突破攝星」這個構想現在看來非常科幻,想要實現這個想法,目前來看的話,面臨最大的困難是什麼?

沃登:存在非常多的困難,事實上我們列出了大約25項重大困難。我們認為其中3項確實非常艱巨。

首先,是要能夠製造出這樣一台巨型雷射器,功率能夠達到500億到1000億瓦特,而且要以承受得起成本的方式來建造。今天我們大概可以建造這樣的雷射器,但成本肯定是承擔不起的。所以我們想做的第一件事,就是開發這樣的技術來實現這些雷射束,讓它們提供動力。

其次當然就是,有了如此強大的動力,這些晶片實際上要被安置在一面光帆上,寬度可能要達到4米。這麼大的動力打在光帆之上,我們需要有合適的材料能夠承受得住而不至於破損。

第三個困難就是,你如何把信息從半人馬座南門二或者比鄰星那麼遠的地方傳回來。這些晶片上配有小型雷射器,但我們必須要有能力把這些雷射非常精確地對準地球,從大約4.3光年以外的地方。然後,我們還必須得檢測到傳回來的這些信號。我們認為,我們必須要把發射雷射束所用的望遠鏡陣列當成接收器來使用。

這些都是非常非常艱巨的問題。事實上明年開始,我們會在全世界資助一些研究來幫助我們解決這些問題。

Steed:未來,如果「突破攝星」項目在鄰近的恆星周圍找到了適合人類生存的行星,我們人類會走出去到其他恆星周圍的行星上去嗎?

沃登:至少以今天我們所知的技術,我們人類還沒有能力在星際之間旅行。不過或許有一天,可能在幾百年甚至幾千年之後,我們人類開始在銀河系裡擴張。我個人對此當然非常興奮。也有其他人認為,這件事永遠都不可能發生。所以,這是一個有趣的問題。向前走的第一步,是看看我們能不能先把人類製造的一些小東西送到那麼遠的地方去。

2016年,俄羅斯富豪米爾納在「突破攝星」項目發布會上演示「星晶片」的原型。圖片來源:突破倡議網站

Steed:霍金教授曾經提到。我們人類不應該去尋找或者是聯絡外星人,反而應該儘可能跟他們避免接觸。事實上,我們中國有一本科幻小說叫《三體》,也提出了類似的觀點,這個宇宙當中的所有生命都應該把自己給隱藏起來,千萬不要被別人發現,因為一旦被別人發現,那就只有被消滅這一種結局。而現在「突破倡議」所做的這些事情,不管跟霍金的警告還是《三體》小說裡面提到的觀點,似乎都剛好相反。尋找外星文明對我們人類來說,是一件好事還是一件壞事?

沃登:霍金教授是我們的資深科學顧問,所以他的話我們會非常小心地聽取。事實上,我們承諾不會嘗試去聯絡外星人,確切地說,我們只是在聆聽,找找看能不能發現一些東西。我認為霍金教授和其他大多數人都會認同,在作出任何決定之前,我們至少應該先了解一些情況。所以,尋找外星人,我認為並不危險。不過,跟外星人對話可能會有危險。我們認為,如果我們發現了外星文明存在的證據,全世界都應該來討論和商量這件事,想清楚我們是想交流溝通還是想保持沉默。目前看來,我個人的觀點是,不太確定。我覺得我得先弄清楚外星文明在哪裡。如果它離我們很遠,遠在幾千光年以外,或許就沒什麼大問題。如果是半人馬座比鄰星的話……

我讀過《三體》,這是一本超棒的書,事實上,這個系列都很棒。我認為,它提出了一個非常有趣的問題,就像霍金教授的觀點一樣。我想強調的是,我們所做的事情跟這一觀點並不矛盾,我們在尋找,但並沒有說話。

《三體》小說曾經告誡我們:不要回答!不要回答!不要回答!圖為《三體》系列小說的英文版封面。

Steed:這其實是兩個問題。一個問題是,我們去尋找外星人,為這件事所作的努力,甚至發射晶片去其他恆星,這件事情對於我們人類來說,最大的意義在哪裡?另一個問題是,如果有一天我們找到了外星人,這一結果對於我們人類的世界觀或者是人類面對未來如何發展,會造成怎樣的衝擊?

沃登:我認為,我們之所以在做這些事情,根本原因在於這是一個科學問題。甚至不僅是一個科學問題,這還是一個哲學問題。那就是,我們是否孤獨?

這是人類文明始終都在詢問的基本問題之一。有人從宗教角度來思考它,還有人從哲學角度,而我們嘗試從科學角度來思考,想要回答這個問題。如果我們找到了另一個文明,我們能夠從中了解到的第一件事情或許就是,我們能夠生存的時間可能比我們預想的要長久得多。接下來,我們或許可以考慮我們是否願意通過某種方式去跟外星文明取得聯繫,又或者他們已經發出了某些信號,他們可能知道其他一些根本問題的答案,比如智慧生命如何能夠長久地存活下來。我認為這非常有趣,不只是從科學的角度來看,也是出於這可能對我們自身的未來非常重要。

Steed:您剛才說到,如果我們找到了外星人,就說明有可能我們的文明可以持續生存更長的時間。為什麼這麼說?

沃登:我傾向於認為,找到外星人會幫到我們,能讓我們對前途保持樂觀。我們正面臨許多挑戰,比如環境,比如衝突,但如果我們知道某個地方還有另一個文明存在,或許他們要比我們先進得多,他們通過了那些挑戰,撐過了他們的「童年時光」…… 有時候知道你自己可以長大成人,這本身就是有幫助的。

如果找到了人類以外的另一個文明,我們能夠生存的時間可能就比我們預想的會長久很多。圖片來源:《降臨》電影海報

Steed:剛才您說過,我們需要幾十年的時間才能真的把這些晶片送到其他恆星那裡,即使以20%的光速,也需要20年時間才能飛過去,數據傳過來又需要更長的時間。這可能是人的一輩子都完成不了的事情,更何況我們現在只是在做一個預先的研究。對於這麼長時間之後才有可能看到真正結果的一件事情,現在科學家去努力參與其中,是抱著什麼樣的預期?是想盡一份自己的力量,還是希望能夠看到最終的結果?

沃登:我們之所以想達到這麼快的速度,達到光速的20%,原因之一就在於,這樣才能把這些晶片(的運行時間)縮短到科學家的所謂科學生涯之內。它們花20年時間抵達最近的恆星,再花4年多一點的時間把信號傳送回來,這對於科學生涯來說並非不可接受。今天,當我們執行空間任務對外太陽系進行探測時,也要花上十幾年時間才能抵達那裡。我認為關鍵在於,我們希望這樣的任務能夠在一段合理的時間內取得結果,當然我們必須先開發出相應的技術,這可能也要花上幾十年的時間。我今年68歲,我父親今年97歲,我希望我能夠活得夠久,不只看到我們建成這樣一套系統,或許還能活著看到它們傳回結果。今天的許多年輕科學家將有能力擁有這些新技術,並在有生之年裡看到最終的結果,對此我相當樂觀。

Steed:有很多年輕的科學家,甚至一些還沒有成為科學家的年輕人,是我們果殼網的忠實讀者。對於他們,您有什麼訊息想要傳達?

沃登:我的訊息是,未來是不可思議的。20世紀見證了人類開始成為跨太陽系的種族,我認為21世紀我們將啟程前往銀河系。你們將迎來一個不可思議的未來。

本文作者Steed與沃登合影。

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