作者：汪诘
出版社：时代华文书局
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亿万年的孤独：地外文明探寻史话(喜马拉雅FM热门主播、《时间的形状：相对论史话》作者、国家文津奖得主、科学有故事@汪诘用科学的态度为你讲述地外文明搜寻史话)试读：
引子
黄昏，美国新墨西哥州的荒原上。
巨大的射电望远镜阵列静静地躺在天空下，每一个乳白色的抛物面都像一只巨大的眼睛，凝望着宇宙深处。
天文学家爱丽微闭着双眼，头上戴着高灵敏度的监听耳机，半躺在自己敞篷跑车的挡风玻璃上。她特别喜欢在深秋的凉风中一直躺到天亮。
这4年来，爱丽不知道度过了多少个这样的夜晚。她喜欢耳机中传来的“嘶嘶”声，那是100多亿年前宇宙大爆炸的回响，静谧、和谐，在爱丽耳中，就像音乐一样美妙。
爱丽觉得自己快要睡着了，感觉自己沉浸在宇宙深处，耳中的声音就像是亿万星辰的窃窃私语。
突然，她感到“嘶嘶”声中似乎传来什么不同的东西，仿佛是一种轻微的脚步声，从宇宙深处向她走来。
脚步声越来越响。
爱丽猛然睁开眼睛，她发现这不是梦。
难道说，真的来了？
爱丽两手紧紧捂住耳机，激动地聆听。
没错，确实是“他们”来了。脚步声越来越响，越来越响，很有节奏的脉冲信号一阵阵击打着爱丽的耳膜。“哦，我的天，这是真的！”
爱丽迅速抓过手边的无线电对讲机，一边启动汽车一边冲着对讲机喊道：“赤经，18点36分52秒；赤纬，+36度，46分56秒，请核实。重复一遍，赤经，18点36分52秒；赤纬，+36度，46分56秒，请核实。”
监控室中，爱丽的同事们听到了对讲机中的呼叫，立即从椅子上蹦了起来，他们喊道：“我们听到了，正在调校天线！赤经，18点36分52秒；赤纬，+36度，46分56秒。”
他们瞬间忙碌起来，不断地敲打键盘，开启了能开启的所有设备。
对讲机中，继续传来爱丽的声音：“这很有可能是连串的脉冲，调校所有的望远镜，对准目标。查看参考支距，用27号天线检查离轴辐射，让维利把大功率的音响系统打开。”“收到！”
爱丽终于飞驰到监控室门口，她跳下车，一边朝楼梯飞奔，一边对着对讲机喊道：“将L0频率保持不变，千万别让它跑掉！如果信号消失就重新扫描你能想到的所有频段。”“收到，系统正常。”
几分钟后，爱丽冲进监控室，直扑主控电脑，大声喊道：“兄弟们，快告诉我，频率找到没？”
同事：“有极化的脉冲，振幅经过调节，我已经锁定了。”
爱丽：“频率是多少？”
同事：“40.26……23千兆赫，氢波段乘π。”
爱丽：“我早就说过肯定是氢波段。信号来源锁定了吗？”
同事：“我正在一个个排除，不是军用频率，也不是航天器，方向来自织女星，距离26光年。”
爱丽：“能把脉冲信号接到音响上吗？”
同事：“正在接入。”
很快，音响中传来了强劲有力的“脚步声”，那是强烈的脉冲信号，极富节奏和韵律，可以清晰地听出“长”“短”音。
不一会儿，爱丽就听出来了。每一个长脉冲过来，都包含若干个短脉冲，这明显是在报数。“3、5、7、11……”爱丽一边数，一边大声地说出来。“没错，这是素数，证明这绝不是自然现象。唯一合理的解释就是：这是来自织女星系的外星文明信号。”
一个足以震惊全世界的事件发生了—人类首次截获了来自外星文明的无线电信号。
亲爱的读者，你可能已经猜出来了，上面这段是科幻电影的情节。没错，这是1997年公映的好莱坞大片《超时空接触》（Contact）（主演：朱迪·福斯特）中一段紧张刺激的情节。这部电影根据美国天文学家卡尔·萨根的同名小说改编，是所有科幻迷珍藏的经典影片。
科幻电影中的这些情节在现实中有可能发生吗？
我的回答是肯定的，而且，可能性非常大，极有可能在未来的50年内发生。
我相信，此时你的脑中一定会冒出这样一个问题：
到底有没有外星人？
关于这个问题，根据我们现有的最佳证据，答案是：
有，但从未到访过地球。
这并不是我一拍脑袋的答案，这个回答也是目前主流科学界的共识。不管你看过多少讲述不明飞行物（unidentified flying object，缩写为UFO）、外星人的电视片，也不管你在电视上看到过多少貌似“科学家”的人物煞有介事地跟你讲地球上的不明飞行物有可能就是外星人什么的，都无法改变这个客观事实，那就是：目前的主流科学界几乎一致认为，外星人存在但从未到访过地球。
科学是重事实，讲道理的，得出的这个结论有什么依据吗？科学家们凭什么达成这样的共识呢？这就是本书试图给各位读者解答的。
为了把这个问题讲清楚，我们先要搞清楚外星人的定义。本书中所称的外星人指的是地球以外的智慧生命。外星人是不是人形并不重要，但起码应该符合我们目前对生命基本形式的认识。比如，我们所知的任何生命都离不开液态水，并且都是基于化学元素碳（C）的有机分子组合成的复杂有机体。
我经常会被问到一个问题：为什么科学家在谈到寻找外星生命时，总是要先找水？给人的印象是水就是产生生命的必要条件。谁说外星生命就一定需要水呢？科学家的脑子难道都如此僵化、死板，就不能打破一下常规思维吗？那么，科学家真的那么僵化死板么？显然不是，他们怎么可能连普通人也能想到的问题都考虑不到呢？
这就是科学思维和普通思维最大的区别之一。科学思维的第一条就是质疑，当然包括对液态水是否是生命必要条件的质疑，历史上无数的科学家都曾有此质疑。但如果仅仅只是质疑，那还不能称之为科学思维。比质疑更重要的第二条就是探索和实证，经过了100多年的努力探索—这种努力到现在其实也没有停止过—遗憾的是，我们没有发现任何可以脱离液态水而保持活动状态的生命，既没有找到直接的证据，也没有找到间接的证据。
那么在现有的情况下，我们在寻找外星生命的时候，只能把液态水作为生命存在的必要条件。另一个用同样逻辑推导出来的必要条件，就是任何生命都需要能量来维持活动。存在提供能量的物质也是必要条件之一。2017年，美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，缩写为NASA）在土卫二上的羽流中测量到了二氧化碳、氢气和甲烷的含量处于一种不平衡的状态。这就证明了在土卫二的冰层下面不但有液态的海洋，还存在能够提供生命所需要的能量物质。所以，NASA才宣布土卫二上具备了孕育生命的一切条件。所以土卫二冰层下的海洋存在生命的可能性就很大—这句话是非常严谨的，NASA并没有宣布土卫二上存在外星人或者具有存在外星人的可能性。原始生命和高等智慧文明的差别还是很大的。我们如果来拆解一下，NASA的这个宣告实际上隐含着很多逻辑推导的链条，也就是我们常说的证据链。首先，我们有直接证据表明，水加上能量物质会产生生命，哪怕是在深深的大洋深处。20世纪70年代，我们在大洋深处的热泉附近发现了大量生物。有了这个直接证据，假如我们在其他外星球发现了类似的环境条件，那么就可以宣称，此类环境很有可能也会产生生命。也就值得我们进一步花费巨资，继续发射探测器，甚至把航天员送过去做彻底的调查研究，因为这些存在可能性的证据值得研究。所以，科学研究其实是很务实的，一步一步地往前拱，每拱一步都会花费大量的人力、物力和时间。现在，如果我们不用这种科学思维来考虑问题，而是先假定任何液态环境都可以产生生命，或者我们胆子再大一点，假定不需要液态环境也能产生生命。比如说，第一次拍到土卫六的照片时，科学家们都吓了一大跳，因为这颗土星的卫星从外貌来看和地球实在是太像了。后来，我们发现土卫六上有液态的甲烷海洋，但因此能不能就宣称在土卫六上可能存在生命呢？不能，因为缺失了证据链上最重要的一环，就是液态甲烷能够孕育生命。缺失了这个证据，最后的推论就是建立在凭空的臆测、而不是理性的思考之上。当然，科学家也不会宣称土卫六上肯定不存在生命，因为证明不存在几乎是不可能的。但是我们探索外星生命的目的是为了证明存在，而不是为了证明不存在。
历史上没有哪个科学家说过离开了水就一定不会有生命。其实科学家不关心这个问题，他们只关心确定的因果关系。科学活动都是有时间和金钱成本的，因此选择研究方向是非常严谨、非常严肃的事情。如果方向错了，一个科学家就有可能一辈子碌碌无为。在我们人类现有的知识体系下，要在寻找外星生物这个领域出成果，最有可能的路径当然是先找到与地球差不多的环境，然后在这个环境中继续寻找生命存在的证据。
如果有人说，我就是不依循这个规律，我非要在月球的岩石中寻找生命。一来这个想法肯定得不到别人的支持，也就不可能拥有科研的经费；二来这样的思维方式也是对自己的青春和生命不负责任。当我与大家谈论外星生物与地外文明的时候，其实都有一个假定的前提：就是我谈论的是我们人类已知的生命形式，或者说已知的高等智慧文明形式。这个假定的前提非常重要，但是每次都强调又未免显得啰唆，所以我常常会省略，但这并不代表我认为肯定不存在人类未知的生命形式。相反，我也相信有未知的生命形式存在，但问题是：既然它是未知的，那么我们怎么谈论它呢？又何谈寻找呢？未知就意味着一切可能，而一切可能其实对具体的科学活动没有指导性。“一切皆有可能”不过是“啥也不知道”的一种美化的委婉说法而已。一场理性的谈话或者理性的探索活动只能建立在已知的条件下，慢慢往前探索，对于未知的生命形式，只能排除在科研活动之外。
本书分为三个部分。上部讲述人类探索外星文明的160多年的精彩历史。在这过去的160多年中，我们经历过无数激动人心的时刻。从历史的角度来说，人类只是在寻找外星人的道路上跨出了一小步，未来之路可能还有很长很长。但是已经跨出的这一小步却是跌宕起伏，充满无数惊喜和失望。中部则用严谨的逻辑来分析外星人存在的可能性，带你深入了解著名的费米悖论。面对这个困扰了无数科学家的世纪难题，直到今天，科学家们仍争论不休。在本书的下部，我将与所有的读者分享我制定的外星人入侵防御计划，抛砖引玉，希望能激发读者的想象力。最后，你们还将读到一篇精彩的中篇科幻小说，我试图把本书讲到的各种知识点都融入最后的这篇小说当中。
闲话不多说，这就跟我回到人类探寻外星人的起点，让我们扣紧安全带，一辆科学与历史的悬疑过山车已经缓缓启动了。一 火星上的细线
公元1877年，在任何一本历史教科书中都不是一个特殊的年份，找不出什么值得一提的大事件。然而，这一年的8月，对于寻找外星人来说却有着特殊的意义。
在意大利的布雷拉天文台，42岁的天文学家夏帕雷利（Giovanni Schiaparelli，1835年～1910年）正在激动地准备晚上的天文观测，他为了这一天已经准备了两年多。在这个天气异常晴朗的夏夜，火星将和太阳、地球处于一条直线上，这就是所谓的“火星冲日”。这一天刚好又是火星与地球距离最近的日子，这两个巧合就构成了“火星大冲”。这是平均每两年一次观测火星的最佳日子。夏帕雷利是一个火星迷，他已经执着地观测火星10多年了。这个被称为“战神”的红色星球让他如此着迷，在过去的10多年中，他经常有一些令人激动的发现。夏帕雷利有一种强烈的预感，觉得今天将会成为他一生中最值得纪念的日子。
望远镜技术在这几年中有了很大发展，折射式望远镜的技术日臻完美，口径也越来越大。夏帕雷利使用的这台80厘米口径的折射式望远镜制作精良，机械性能良好，可以灵活、稳定地转动角度来补偿地球自转，从而长时间稳定对准火星进行观测。这天晚上，火星大冲如约而至，夏帕雷利熟练地将望远镜对准了这颗迷人的红色星球。
这一晚，观测条件空前的好，火星也十分明亮，在望远镜中呈现出一个清晰的暗红色圆斑。在火星的北极，是白色的极冠，非常显眼。整个火星表面呈现明显的明暗变化，夏帕雷利已经对这些明暗区域细致地研究了很多年，并且绘制了较为详尽的火星地图。他坚信那些暗区是火星上的湖泊和海洋，亮区则是大陆。夏帕雷利给这些湖泊和大陆都起了生动的名字，他的目光缓缓地扫过太阳湖、塞壬海、亚马孙平原……这些地方他已经相当熟悉了，他继续寻找未曾发现的火星特征。时间不知不觉过去了很久，夏帕雷利有点累了，他起身揉了揉微微发红的眼睛，又闭目休息了一会儿，但没过多久，他又坚持爬上了天文台的观测椅。这样的观测条件是很多年才能遇上一回的，他不想浪费任何一分钟。
那个暗红色圆斑又出现在夏帕雷利眼中，还是那些熟悉的明暗区域和极冠……不过，等一下！夏帕雷利突然看到了过去从未看到的东西，那是什么，若隐若现的。他尽可能睁大了眼睛仔细辨认，哦，没错，确实有一些细细的条纹连接着暗区和亮区，这是他以前从未发现的。这些条纹是如此之细，颜色也是如此之暗，但在今晚有利的观测条件下，终于被夏帕雷利看到了。夏帕雷利的神经一下子绷紧了，他抑制住兴奋的心情，马上开始绘制工作，生怕这些条纹会因为天气的变化而消失。时间一点一点过去，天空逐渐亮起来，而火星则逐渐暗淡下去。夏帕雷利起身走下观测椅，激动地看着手里这张画满了线条的草图，他在想：这些线条到底意味着什么呢？图1-1 夏帕雷利绘制的火星图
夏帕雷利一直认为火星上的暗区是湖泊海洋，而亮区则是大陆，那么连接湖泊海洋和大陆的细细条纹只有一个解释，那就是“水道”（意大利语：canali）。这个发现震惊了整个天文学界，夏帕雷利是当时天文学界的翘楚，他的任何发现都有非常高的可信度。一时间，这个消息传遍了全世界，不过在传播过程中，“水道”变成“运河”，一方面是因为语言翻译，另一方面，显然“运河”比“水道”听起来更有冲击力。
没过多久，全世界的天文迷们都在说：火星上发现了运河！二 与干旱斗争的“火星人”
夏帕雷利的新发现让全世界的天文学家都对火星着了魔，地球上几乎所有的天文台都将望远镜对准了这颗可能存在火星人的红色星球。
在与意大利相邻的法国，同样有一位对火星痴迷了10多年的天文学家，他的名字叫弗拉马利翁（Nicolas Camille Flammarion，1842年～1925年），后面我将简称他为弗翁。此时年仅35岁的弗翁已经是法国天文学会的首任会长了，他拿着自己亲手创办的《法国天文学会公报》，看着上面有关夏帕雷利发现火星运河的报道，心里像打翻了五味瓶一般不是滋味。弗翁有点愤愤不平：夏帕雷利虽然比我年长了那么几岁，但是在对火星的热爱程度和研究深度上都比我要差，没想到这么重大的发现居然让他抢先了，唉，既生瑜何生亮啊……No，我绝不能就此服输，必须夺回火星研究界的第一把交椅！
弗翁不仅是个天文学家，还是一个高产作家，他擅长创作科幻小说。他的科幻小说中充满各种各样的奇思妙想，其中最多的是描写如何用科学的方法与死人的灵魂沟通，甚至是地球人与外星人的灵魂融合，在宇宙中不同的地方转世（参见他的小说Lumen）。没错，这就是西方的通灵术，在当时的西方，这是一门正经学科，弗翁也是这个学科中的领军人物之一。中国虽然也有这门学科，但基本上属于民间科学，研究者的公开身份以算命先生和道士为主。
虽然，弗翁受到夏帕雷利的刺激很大，发愤图强的决心也很大，但他毕竟不是一个急性子，他相当认真而又耐心地投入到对火星的观测活动中。整整15年后，也就是到了1892年，此时的弗翁已经50岁了，他已经成为享誉世界、著作等身的知名科学家。他的第一本关于火星的专著—《火星》，终于由他弟弟创办的弗拉马利翁出版社（也就是今天法国著名的弗拉马利翁出版集团）出版。在这本书中，弗翁把他多年的观测数据和自己独有的科幻作家的思维相结合，绘声绘色地描述了火星世界的种种奇观。弗翁饱含深情地写道：“火星上的亮区是一望无际的沙漠，在沙漠的中间是一片片绿洲，这就是火星上的暗区。英勇不屈的火星人为了和干旱做斗争，修建了庞大的运河系统，从火星的两极引水灌溉他们的绿洲，这些运河就是在望远镜中若隐若现的细线。火星文明是一个比地球还要古老的文明，他们勤劳、善良，他们创造了辉煌的科技和文明，总有一天，我们会和火星人携手共建美好的明天。”
鉴于弗翁在天文学界的地位，《火星》这本书产生了广泛影响，成为火星研究史上具有里程碑意义的文献。这本书的写作风格介于学术专著和通俗读物之间，因而销量非常好，被翻译成了多种语言，远销国内外。弗翁在晚年还有些惊人言论，他61岁时在《纽约时报》撰文称火星人曾经尝试与地球人通讯，但是被地球人错过了。同一年，他还给《纳尔逊邮报》写信，声称当年（1907年）会有一个拖着7条彗尾的彗星袭击地球。到了1910年哈雷彗星出现时，弗翁又在《纽约时报》发表了更为惊人的言论，称哈雷彗星的彗尾会扫过地球，彗尾中的气体含有剧毒，如果不做好防范，人类和所有的生物都将灭绝。这在当时引起了不小的恐慌，但大多数科学家都出面驳斥这个观点，直到哈雷彗星的彗尾真的扫过地球，而所有人都安然无恙时，弗翁的观点才不攻自破。
对火星的研究就像一场全世界范围内的接力赛，意大利的夏帕雷利执交接棒起跑，然后由法国的弗拉马利翁接棒，再下去，将会是谁接手呢？历史选择了一个住在美国波士顿的富二代，他的名字叫洛威尔（Percival Lowell，1855年～1916年）。三 洛威尔的《火星》《火星》这本书让洛威尔着了迷，他对庞大的家族产业没有丝毫兴趣，而是全身心地投入到对火星的观测活动中。有钱人一出手就是不一样，洛威尔花巨资在亚利桑那州的沙漠中建造一个专用的天文台，购买了全世界最先进的天文望远镜。到他40岁时，这个天文台终于建成了。洛威尔毅然放弃了城市的舒适生活，来到了远离城市灯光、干燥荒凉的沙漠中，为了火星，一住就是15年。他日复一日、年复一年地观测火星，为火星拍了数不清的照片，仔细研究火星表面一年四季中的变化。不久，他出版了第一本专著，书名也叫《火星》。这本书用极为通俗的笔法写成，引人入胜。在书中，洛威尔展示了他绘制的一系列火星详图。在这些图中，被他标注出来的火星“运河”有500条之多，不但有运河，在运河的交汇处还有巨大的绿洲，这些绿洲上“农作物”的颜色还会随着季节的变化而变化。
美国人洛威尔的这本《火星》一经面世，风头立即盖过法国人的那本。一时间，洛阳纸贵，引来粉丝无数，从民间到学界都把洛威尔奉为火星研究第一人。
但凡事没有绝对，第一位炮轰洛威尔的人出现了。他是洛威尔的美国同胞，著名的天文学家巴纳德先生（Edward Emerson Barnard，1857年～1923年）。要说这个巴纳德，那也是大有名气，他因为发现了木星的第五颗卫星而被推崇为有史以来目光最敏锐的天文学家。要知道，木星的这第五颗卫星个头小，离木星又非常近，想要在望远镜中发现它确实需要超凡的毅力和视力。
巴纳德在公开场合炮轰洛威尔，他说：“我也对火星进行了不知道多少次的仔细观察，但我怎么就看不到洛威尔说的那些运河呢？而且洛威尔这家伙画的火星图细致成那样，简直就是对我的视力的一种侮辱。我敢断言，洛威尔所谓的那些细线不过是他的错觉而已，哼，说错觉还算好听了，其实不过是他个人的幻觉而已。”图1-2 洛威尔和他绘制的火星图
巴纳德此番言论一出，立即激怒了洛威尔。洛威尔也在公开场合讥讽巴纳德，他说：“听说有个叫巴纳德的家伙因为自己看不到火星上的运河就说是我幻想出来的。这简直可笑至极，巴纳德这个穷鬼自以为在他那如同儿童玩具般的望远镜里面看到的就是真相了，简直是笑话！我在亚利桑那州沙漠中使用的望远镜根本就不是巴纳德买得起的，而且这个养尊处优的家伙也吃不了我能吃的苦，他在城市中观察天空就像在污浊的下水道里捡石子。仅仅视力好有什么用啊，其实，我的视力也绝对不会比他差。”
洛威尔的回应让整个天文界热闹非凡，火星上的细线成了人们热议的话题。巴纳德的威望和成就比起洛威尔来有过之而无不及。他还以他独有的科学素养画了一张图，用来说明所谓的火星运河的细线是怎么产生的，结论就是根本没有什么细线，全都是人的错觉罢了。巴纳德嘲笑洛威尔和以前所有声称看到火星运河的人，说他们都是被自己的错觉欺骗了。
有一个好事的英国天文学家叫作蒙德（Edward Walter Maunder，1851年～1928年），他根据巴纳德所说的视错觉产生的原理做了一个实验：他在墙上画了一些圆圈，在圆圈里面点了一些不规则的小黑点，然后找来一些小学生，让他们站在较远的地方，在昏暗的灯光下观察这些小圆圈，一边观察一边让他们把看到的东西画下来。结果，这些小学生都在圆圈中间画下了一条条的直线，和洛威尔画的火星“运河”十分相似。
但是执着英勇的洛威尔没有理会这些质疑声，他在1906年和1908年又分别出版了《火星及其运河》和《作为生命栖居地的火星》两本著作，比起严谨的天文学专著，这两本书更像科幻散文。但无论如何，这两本书又在公众中引起了极大的反响。毕竟，在邻近的星球上住着与地球人完全不同的火星人，这个想法实在是太富有戏剧性了。这两本书的出版使得洛威尔的声望达到了顶峰。四 世界之战
洛威尔的书深深吸引了一个英国人，他叫威尔斯（H．G．Wells，1866年～1946年）。不过这个威尔斯是个科幻作家，不是天文学家，他对实际观测火星没有兴趣，更不想去沙漠中吃苦，只喜欢舒舒服服地待在自己的家里烤着壁炉看别人的专著。洛威尔的书给了威尔斯很大灵感，他决心创作一部关于火星人的科幻小说。几个月以后，一部名为《世界之战》（The War of the Worlds）的科幻小说问世了。这部小说中，威尔斯绘声绘色地描述了这样一个故事：火星人如何入侵地球，地球的军队如何不堪一击，最后火星人又是如何被地球上的微生物击败。这部小说一经问世，便风靡全世界，并被一再改编为广播剧、电视、电影，最近一次我们知道的改编是斯皮尔伯格大导演的作品《世界大战》，由汤姆·克鲁斯主演。笔者很喜欢这部影片，它和另外一部更早一点的描写人类痛打外星人的电影《独立日》构成了姊妹篇，分别从民间和官方的角度诠释了人类面对外星人入侵的故事。威尔斯也因为这部作品成了家喻户晓的火星“专家”，风头远远盖过那个在沙漠中吃了几十年苦头的洛威尔，这让洛威尔胸闷不已。
在整个20世纪上半叶，世人普遍相信火星人是存在的，但此事在当时的条件下既无法证伪，也无法证实。当时，天文学家最强大的天文工具就是光学望远镜，哪怕是在世界上最大口径的望远镜中，火星也仅仅是个暗红色的光斑而已，甚至连到底有没有那些神秘的细线都无法确证。
人类在寻找外星人道路上的下一个突破来自望远镜技术的革命。当时间走到了20世纪30年代，一种新型望远镜被发明出来，它给整个天文学带来了一场革命，也让寻找外星人的事业登上了一个新的高度。五 望远镜的革命
光学望远镜的原理就是尽可能把可见光通过各种透镜汇聚在一起成像，以此让人类看到肉眼无法直接觉察的可见光。因此，光学望远镜能看多远基本上取决于口径，口径越大收集到的光线越多，更多的光线汇聚起来，就能使更远的物体成像。随着人类对光的本质认识的飞跃，人们终于发现了光本质上是一种电磁波，而可见光只是处在一个特殊频段的电磁波而已，这个频段的电磁波可以被人类的肉眼所察觉。可见光频段之外的电磁波其实也是一种光，只不过是一种不可见光。不可见光也同样能够成像，只需要通过特殊的技术手段做些处理就行了。我们在医院里面看到的各种X光片，就可以清晰地把皮肤下面的骨骼显示出来，X光就是一种不可见光，是一种电磁波。
宇宙中的天体除了发出可见光以外，其实也发出大量的不可见光，也就是各种频率的电磁波。通过探测这些电磁波，我们不但能够使之成像，还能发现很多意想不到的东西。一种叫射电望远镜的新型望远镜终于在20世纪30年代被发明出来，它将给整个天文学研究带来革命的狂风暴雨。
与其说射电望远镜是一个望远镜，倒不如说它是一个超级收音机更为恰当。因为射电望远镜并不是用眼睛去看，而是通过一个巨大的天线来收集各种频率的电磁波，再进行分析，把电磁波转换成图像和声音这两种可供人类直观感受的形式。
电磁波还有个更通俗的叫法，那就是无线电。20世纪30年代，无线电早已渗透到人们的日常生活中，从电报到电台，无不是无线电技术的实际应用。于是人们很自然地想到：既然人类能发明广播，那么火星人也有可能发明广播，如果是这样，说不定我们能收听到火星人的广播。
想象一下，你拿着收音机，在璀璨的星空下转动着频率转换旋钮。突然，一阵怪异的声音传入你的耳朵，你从来没在地球上听过这种声音，你一定会兴奋地大叫起来：“哦，我的天，我收到了来自火星的广播！”这幅景象虽然很诱人，可惜，永远不会发生。火星和地球的平均距离大约是8400万千米，这个距离到底有多远呢？如果坐上当时跑得最快的火车（速度80千米/时）昼夜不停地奔向火星，这趟旅程需要120年。如果火星人的无线电波能到达地球的话，那也一定衰减得非常非常微弱。哪怕是世界上最灵敏的收音机，想要收到火星人的电波，也好像是拿着放大镜去找水分子一样，绝无可能。但如果用一个有着巨大无比天线的射电望远镜，那就有可能捕捉到极其微弱的火星电波，让我们来看看射电望远镜的天线有多大：图1-3 射电望远镜
看起来是不是就跟大号的卫星电视接收器一样？没错，原理也差不多。当我们把射电望远镜的镜面天线对准火星，就能接收到来自火星的极其微弱的无线电讯号。不但能接受讯号，也能给火星发电报。如果火星上真的有比地球还古老的文明，那么他们也应该具备收发电报的能力。这是一个能和火星人取得联系的靠谱方案。
射电望远镜被发明后没多久，第二次世界大战就爆发了。虽然全球都在打仗，但是技术进步的脚步没有停滞，人类寻找外星人，尤其是火星人的热情并未因战争而消退，越来越多的射电望远镜天文台被建成，天文学家们年复一年日复一日地寻找着火星电波的蛛丝马迹。遗憾的是，尽管射电望远镜的技术已经足够分辨火星上一个普通的广播电台发出的电波，10多年过去了，人们始终没有收到一丝来自火星的电波。
火星文明的存在受到了广泛的质疑，大家不再相信火星上具有超过地球文明程度的火星人。人类的目光逐渐从火星转向更遥远的宇宙。宇宙那么大，除了火星人，一定还会有其他外星文明存在。但宇宙实在太大了，而人类的探测能力实在太弱小，当时人们甚至连太阳系以外是否还有行星存在都无法证明。二战结束后，整个世界都在废墟上重建家园，人们对外星人的热情开始消退，毕竟吃饱穿暖更重要。直到1947年，发生了两起惊人的事件，才再一次激发出了全人类对外星人的热情。六 飞碟和罗斯威尔
1947年6月24日，一个叫阿诺德的美国商人驾着自己的私人飞机飞过华盛顿州的雷尼尔山上空时，突然发现9个呈碟状的飞行物“嗖嗖嗖”地迅速飞过他身边，瞬间消失在视野中。阿诺德当时异常兴奋，他对着无线电脱口而出：“I see flying saucer．（我看见了飞碟。）”塔台上的工作人员一时莫名其妙，就问他，你刚才说啥。阿诺德兴奋地向塔台的工作人员描述了他看到的东西，他说那些飞碟至少达到了1600多千米的时速，简直快得发疯。当时世界上飞得最快的飞机也只有大约800千米时速。这次事件以后，“飞碟”这个词不胫而走，在全世界广为流传，而且从此后大多数人看到的不明飞行物都和阿诺德描述的差不多，像个盘子。
就在阿诺德声称看到飞碟之后才过了10天，在1947年的7月4日，美国一个叫罗斯威尔的小镇附近的一个农场里，发生了一件震惊全世界的大事，史称“罗斯威尔事件”。这件事让这个默默无闻的小镇成了全世界飞碟迷的圣地，以罗斯威尔事件为故事背景的科幻小说、影视作品更是长盛不衰，最出名的就是那部讲述地球人痛打外星人的美国大片《独立日》。事情的经过大致是这样的，7月4日那天晚上，一场罕见的大雷雨朝罗斯威尔地区袭来。在电闪雷鸣中，农民布莱索听见一声巨响，这声巨响盖过了所有雷声，把布莱索吓坏了。第二天早上，风雨过后，他小心翼翼地出门查看，一幕惊人的景象展现在他面前：农场上布满了金属碎片，一架飞行器坠毁在这里。
后面发生的故事就跟你能想象的美国大片差不多，消息传出去之后，一时间热闹非凡，第一时间就吸引了大批附近的居民前来看热闹。很快，美国军方出现了，他们开着直升机、装甲车，一大批荷枪实弹的军人把看热闹的人群都赶走了，封锁了整个地区。从此，真相被蒙上了一层神秘的面纱。很快，大批新闻记者也赶到罗斯威尔，他们追着采访那些赶在军方到达之前就看过现场的人。到来的记者越来越多，很快，记者的人数就超过了目击证人的人数。凡是目击过现场的人都成了香饽饽，农民布莱索更是被一大群记者围着采访，罗斯威尔的农民们过足了当明星的瘾。最要命的是，谁爆的料猛，谁就受记者欢迎，在这种效应下，猛料越来越多。其中最猛的爆料就是有人声称看到了掉在地上的外星人尸体，这些外星人身高只有1米左右，大头、大眼、小嘴巴，全身包着一种紧身衣。就在全美的新闻媒体都快达到狂热的时候，军方出来辟谣了，说根本没有什么飞碟，只是一颗气象气球坠毁了，请大家不要大惊小怪。但这时美国人早就不再相信美国军方的说法了，罗斯威尔事件继续被不断演绎、传播，这股热潮十几年不衰。
阿诺德遇见9个飞碟成为UFO登上历史舞台的开端性事件。从那之后，海量的UFO目击报告涌现出来，地球似乎在一夜之间充满了外星人，他们驾着飞碟在各地上空呼啸而过。而罗斯威尔事件则让外星人的研究热潮席卷全世界，此后很多年，寻找外星人存在的证据成了从民间团体到正经学术机构的热门课题。
整个20世纪50年代是外星人研究和讨论的黄金10年，一大批全世界知名的科学家卷入这股热潮中，用各自的方法热议这个话题。那年头，如果谁能首先找到外星人存在的证据，那么他将获得的声誉可能是得10个诺贝尔奖都无法比拟的。因此，天文学家们首当其冲，开始了暗中竞赛，八仙过海各显神通，都希望能一鸣惊人。
此时，人们对火星人逐渐失去了热情，更多的天文学家把目光投向太阳系以外的宇宙空间。天文学家心里都清楚，要找到外星人，首先得找到一颗可以供外星人生存的行星。在太阳系内，除了火星之外，其他行星的环境显然不适合智慧生命的发展。它们要么根本没有大气（比如水星），要么温度太高（金星的表面温度达到500多度），要么只是个巨大的气态星球（像木星、土星、海王星、天王星），要么冷得可以把任何气体都冻成雪花（冥王星）。所以，如果要寻找外星人，首先要找到太阳系外行星存在的证据。但这事想想容易，其实非常非常困难。七 寻找系外行星
从20世纪50年代开始，寻找太阳系以外的行星就成了天文学上最令人着迷的一项观测活动。这个活动的意义不言而喻，既然太阳系有那么多行星，那么别的恒星系也应当有很多行星才对。有行星的存在，才有可能出现外星生命。但问题是，证据在哪里呢？没有证据，哪怕逻辑上再正确，也没法拿到台面上来说。于是，整个学界乃至所有科普迷、天文迷都迫切希望天文学家们能早日拿出系外行星存在的证据，谁要是第一个搞定，一定会引起轰动效应。
但是，以当时的天文望远镜技术，想要直接“看”到系外行星是几乎不可能完成的任务。你可能感到有点疑惑，真的有那么难吗？在科幻电影里面似乎是很容易办到的啊，满宇宙都是各种形状的天体，就算我们现在不能像《星际迷航》中一样开着宇宙飞船满宇宙观光，我们拿着望远镜在天上还看不到吗？是的，完全看不到，让我先来给你看张图片：图1-4 光学望远镜中的天狼星
天狼星是夜空中最亮的几颗恒星之一，很容易识别。我们在地面上用大口径的光学望远镜对准它，所拍摄出来的照片就像上图展示的那样。不过你千万不要认为天狼星真实的形状就是像图上那样的一个大刺猬，这是由于地球大气扭曲了光线，就像你从水下看地面上的景物一样；再加上天文摄影时需要长时间的曝光，地球又是在自转，因此拍出来的照片就成了这个样子。真实的情况是，你在那个刺猬状的光团上用针刺一下，刺出来的小洞差不多就是实际拍摄到的恒星的大小。而图片上箭头所指的那个小亮点，你或许觉得那就是一颗行星，确实看起来有点像，而且人们发现它大概40年绕天狼星转一圈。然而，如果做一些简单的计算就会发现，箭头所指的那个天体距离天狼星有好几光年之遥，而且至少像太阳一样明亮，这说明它也是一颗恒星，并且是天狼星的一颗“伴星”，它们互相围绕着对方旋转。
如果在天狼星的边上有一颗不发光的行星，那么它在望远镜中的亮度必然还要再暗淡1万倍。但真正麻烦的并不是行星太暗，而是又恰恰位于一颗很亮的恒星旁边，与恒星的亮度对比后，它会完全隐没在天狼星散发出的那个刺猬状的光团中。所以，想要找到系外行星，靠直接观测是不太靠谱的，必须得想到一些“奇门招数”，从而间接观测到系外行星。图1-5 行星和恒星围绕共同质心旋转
天文学家想到了一个非常巧妙的方法，他们把这个方法称为“天体测量法”。要理解这个方法的原理，我必须先给大家普及一点基本的物理知识。当一颗行星绕着恒星公转时，粗略地看，是恒星不动，行星绕恒星转动。实际上根据牛顿力学我们可以推算出，恒星和行星其实是围绕着它们的共同质量中心旋转，这个共同质量中心被称为“质心”。但往往行星的质量相较恒星来说非常小，比如我们地球的质量只有太阳的1/33万，所以地日的质心位于太阳内部。因此，尽管摆动幅度非常小，但从理论上来说，恒星是在“抖动”的。换句话说，如果我们观测到宇宙中的某颗恒星在有规律地抖动，那么，除了有一颗行星在围绕着它旋转以外，找不出第二个合理的解释。
但这绝对是一件知易行难的事，说起来容易，真想要观察到恒星的抖动，那可真叫一个难。要知道，我们的地球不但在自转，还在公转，也就是说我们放在地面上的望远镜相对于恒星来说，本身就在不停地运动之中。在这种情况下要观测到恒星的抖动有多难，我打个比方你就知道了。玩过儿童乐园里那种叫作“咖啡杯”的游乐项目吗？你坐在一个大“咖啡杯”里面，而这个咖啡杯又放在一个大圆盘上，游戏启动后，整个大圆盘就会转动起来，与此同时，咖啡杯本身也开始自转，这就和我们地球的状况是一样的。此时，你的任务是坐在咖啡杯里面观察远在几千米外的一盏小小的灯泡发出的微弱灯光，并且要观测出这个小灯泡在1毫米内的轻微抖动。如果有人向你宣布他成功观测到了灯泡在抖动，我恐怕你不会那么轻易就相信他吧。
但是，总会有人第一个吃螃蟹。到了20世纪50年代末，第一个声称找到系外行星的人出现了，他就是彼德·范，来自斯沃斯莫尔学院（一所位于美国费城附近的一座叫斯沃斯莫尔的小镇上的学校）。彼得声称发现了一颗绕着巴纳德星公转的行星，他说他看到了这颗恒星有规律的抖动，证明这颗恒星边上有一颗行星。但基于我前面阐述过的理由，相信彼得的人并不多，不过也没法证明他是错误的。直到今天，这件事也没有个最终结论。
虽然实践难度很高，但不管怎么说，天体测量法是个了不起的主意，它打开了天文学家们的思路，找到了间接观测行星的方法，并且奠定了以后寻找系外行星的各种方法的基础。这时候离人类真正发现第一颗系外行星还有30多年的时间，这个话题我们要稍稍放一放，因为在这30多年中还有很多激动人心的事情值得一说。
要找到太阳系以外的智慧文明，首先要找到太阳系以外的行星存在的证据。这看起来像是一个非常正确的逻辑，但是，真的必须这样吗？这是人类的一种思维定式，想要打破很难，但并非不能被打破。有一位叫戴森的科学家率先打破了这种思维定式，他把人类寻找外星人的视线带向了一个全新的角度。八 戴森球
美国著名物理学家、数学家弗里曼·戴森（Freeman Dyson，1923年～）在1959年提出了一种崭新的寻找外星人的理论，其结论是如果人类能观察到某一颗恒星的亮度在人类活动的时间尺度内（所谓的人类活动时间尺度是相对于天文学时间尺度而言，比如几年甚至上百年都可以算是人类活动时间尺度，而天文学尺度动不动就是几百万、上亿年）逐渐变暗，或者这颗恒星发射出大量具有某种特征的红外辐射的话，这个现象就可以被确认为是那个恒星系有智慧文明存在的证据。我们来看看戴森是如何推导出这个结论的。
戴森认为随着人类文明的发展，对能源的需求会越来越大，而地球上的化学能（石油、天然气、煤矿等）很快就会消耗完毕，并且不可再生。核能虽然储量丰富而且能量巨大，使用核能却有各种各样的危险，并不是理想的清洁能源。最理想的清洁能源是太阳能，但在地球表面可以接收和利用的太阳能非常有限，也不能无限制收集，因为会影响整个地球的生态环境。利用太阳能的最佳办法是到太空中去，要知道到达地球大气层的能量不过是太阳释放出的能量的二十亿分之一，巨大的能量都浪费在虚空的宇宙空间中了。
如何在太空中收集利用太阳能呢？显然，一个不难想到的方法就是发射环绕太阳运行的“太阳能采集器”，然后再利用微波或者其他什么办法传输到地球上来。你可以想象一下，当未来地球的能源逐渐耗尽的时候，人类开始不停地朝太空中发射这种太阳能采集器。文明发展程度越高，对能源的需求就越大，于是乎，环日采集器就发射得越来越多，这些环日采集器就像云一样覆盖在太阳“上空”—这就是“戴森云”。随着环日采集器继续增加，终有一天，整个太阳都被这种采集器包裹起来了，远远看去，太阳就像被包裹在一个巨大的球壳中，这个巨大的“球壳”被称为“戴森球”。戴森认为这是一个恒星系文明发展的必然结果，一个文明只要存续，就必然会发展到需要采集整个恒星能量的程度。我们通过在银河系中搜索这种“戴森球”带来的效应，就能找到已经发展到这类文明高度的外星文明。图1-6 戴森球假想图
戴森认为这种环日采集器除了会减弱恒星的亮度以外，还会产生一个更容易被人类现有技术检测到的效应，那就是环日采集器会被太阳加热，从而放出大量的红外辐射，虽然是一种不可见光，但是很容易被红外线检测设备捕捉到。在正常状况和在被大量环日采集器包围的情况下，一颗恒星放出的红外辐射会大大不同，检测这种红外辐射效应会比检测恒星的亮度容易得多。戴森在1959年发表的那篇论文的题目就叫《人工恒星红外辐射源的搜寻》，在这篇论文中，他正式提出了通过搜寻宇宙中的红外辐射源的方法来搜寻外星文明。
戴森的这篇论文一经发表，立即引起了全世界同行的兴趣。这个想法初看起来，貌似有很强的科幻色彩，但经过仔细分析和论证后，会发现它在逻辑上非常严密。虽然以人类目前掌握的技术水平，想要制造戴森球是异想天开，但这种设想并没有违反哪条物理规律，戴森球的出现只是时间问题而已。于是，几番热烈的讨论和争论后，世界各地的很多天文学家和实验室开始把戴森的这个想法付诸行动，著名的美国费米实验室就是其中之一。在本书的后面会提到，在美国“地外文明搜寻计划”（Search for Extra-Terrestrial Intelligence，缩写为SETI）中，就有一项搜寻计划是基于戴森球的假设，对宇宙中类日恒星的“重红外”光谱进行搜索，试图用这个方法找到外星文明。戴森的这个主意非常妙，很多天文学家对此报以非常大的期望。但问题是，地面上的望远镜受干扰太严重，工作效率也很低，人类对银河系中的红外辐射源的搜索进展非常缓慢。戴森还要再耐心地等待20多年，才能迎来第一件超级“武器”，本书的各位读者也需要一点耐心来揭开戴森球的真相。
就在戴森球的想法提出后的第二年，一位30岁的年轻天文学家横空出世，在寻找外星人这个领域独领风骚数十年，他将成为本书的1号男主角，他的名字叫法兰克·德雷克（Frank Drake，1930年～）。从1961年开始，德雷克便有一系列惊人的才艺施展出来，令人眼花缭乱，目不暇接。九 德雷克和奥兹玛计划
美国人法兰克·德雷克一定是整个20世纪对寻找外星人最痴迷的人。据德雷克自己说，他8岁的时候就已经坚信外星人的存在，但他父母都是基督徒，而外星人存在的想法严重违背教义，所以他不敢对父母表达这个想法。在康奈尔大学读书期间，德雷克听了一场当时的国际天文学联合会主席、俄裔美国人奥托·斯特鲁维（Otto Struve，1897年～1963年）的主题演讲，在这之后，这个21岁的小伙子就下了决心—为寻找外星人奋斗终生—他确实也为曾经吹过的牛皮奋斗了终生。德雷克先是去哈佛大学深造，学习无线电天文学，然后去了美国国家无线电天文台从事研究工作，后来又加入了喷气推进实验室，可谓纯正的学院派。
德雷克扬名立万的时候年仅30岁。1960年，德雷克使用美国国家无线电天文台的射电望远镜开始了他的第一个地外文明搜寻计划。他给这个计划取名“奥兹玛计划”，“奥兹玛”是童话故事《绿野仙踪》中奥兹王国的女王的名字。这是人类历史上第一个由严肃科学家代表官方实施的外星人搜寻计划，具有开创性意义。但这仅仅是德雷克仗剑行走江湖的第一次出手，在以后的风雨岁月中，他还有众多著名战役。
德雷克当时的武器仅仅是一台口径26米的射电望远镜，他要用这台望远镜监听来自太阳系以外的外星文明电波。但是这么一个小不点是无法做到对巡天扫描监听的，他必须把望远镜对准某一颗恒星，这颗恒星还不能离地球太远，否则信号太弱，望远镜的灵敏度不够。
除了望远镜的灵敏度问题，在用射电望远镜搜寻外星人信号时还要面对一个重大的选择题，那就是到底监听哪个频率。我们在用收音机找电台的时候，会按照89.1，89.2……这样一个个频率找过去，直到找到自己喜欢的电台。不同的电台使用的是不同的频率，如果频率没有调准，那么收音机中只会传来噪声。在电磁波的发现者赫兹生活的那个时代，人类就已经知道频率越高则能量衰减得越慢，也就意味着能传递得越远。显然，如果外星人也懂得发射电磁波的话，他们一定会选择比较高的频率。当然，如果频率太高也会导致信号太弱，所以频率在1000兆赫到10000兆赫之间是比较合适的，德雷克估计外星人会选择这个范围内的电磁波频率向宇宙中传递信息。但问题并没有解决，要知道从1000兆赫到10000兆赫兹之间并不是只有9000种不同的频率，理论上是有无限多个频率，关键在于精度，哪怕是以0.001兆赫为一个最小频率单位，这个范围内也有900万种不同的频率，相对于宇宙空间这个大尺度来说，0.001兆赫这样的精度其实并不高。
到底选择哪个频率监听外星人信号呢？这个问题曾经让德雷克大伤脑筋，只要频率稍稍有一点偏差，即便方向和时间都对了，也会错过信号。但是，在德雷克之前的科学家已经发现，这个宇宙中有一个频率是非常特殊的，那就是波长为21厘米的1420.405兆赫，这就是被称为“21厘米线”的宇宙基准频率。为什么这个频率如此特殊呢？因为它是氢原子发射出来的电磁波频率（每种原子都会发射出不同频率的电磁波）。氢是我们这个宇宙中数量最多的元素，多到每100个原子中就有90多个是氢原子。因此，在宇宙中，21厘米波无处不在，如果外星人掌握了电磁波的知识，也一定会认为这是一个特殊的频率。
于是，德雷克选择1420.405兆赫这个频率，把望远镜对准了距离地球11.9光年的鲸鱼座τ星（这个希腊字母念作tao，“桃”），监听了将近100个小时，但是一无所获。德雷克没有气馁，他把望远镜又对准了距离地球10.7光年的波江座ε星（这个希腊字母念作“艾普西龙”）。刚对准没多久，就监听到一个每秒8个脉冲的强无线电信号，德雷克激动得心都要跳出来了。可是仅仅持续了几十秒钟，这个信号就神秘地消失了。德雷克怀着激动的心情继续监听，等待这个神秘信号再次出现。皇天不负有心人，10天后，这个信号突然又出现了，这次德雷克抓住机会，对这个信号的各种参数做了详细记录，但是很快，这个信号又神秘地消失了。德雷克兴奋得都要疯掉了，但科学家毕竟是科学家，他还是立刻开始严谨地核实这个信号的来源。很遗憾，最后证实这两次信号都来自天上飞过的飞机。
奥兹玛计划最终以失败告终，这次失败让德雷克痛感一件强大武器的重要性。于是他开始游说有关单位，希望能尽快建造一台超级射电天文望远镜，而且要造就要造一台全世界最大的“神器”。在德雷克的大力推动下，美国启动了阿雷西博望远镜建造计划，这将是一个空前浩大的工程，让我们耐心等待3年，我们很快就要与其见面了。
奥兹玛计划仅仅是个开端，在苦练武功12年后，德雷克还将重新启动奥兹玛计划，好戏还在后头，我们暂且不表。
用宇宙中无处不在的21厘米氢波段来作为宇宙通讯的基准频率，这在逻辑上非常合理，但凡事有利有弊，也恰恰是这个“无处不在”导致信号很容易被干扰。一束带着智慧文明信号的21厘米电磁波如果强度不够，就很容易淹没在宇宙背景噪声中，想要分离出来相当困难。因此，就有科学家建议不应该直接监听21厘米波段，因为外星人也知道这个波段容易被干扰，他们建议采用21厘米波段的某个倍数。科学家麦可维斯基首先建议这个频率最好是氢波段乘π，或者乘2π、3π等。因为π这个数字很特殊，在数学上是个“超越数”，这样的频率在自然中不可能以谐波的形式产生，只有可能是智慧文明所产生。并且，乘π以后的频率就不可能被21厘米波段或者任何它的谐波所干扰。这个观点被大多数天文学家认同，在以后的SETI计划中，氢波段乘π就成了最主要的搜索频率。本书一开头介绍的那部电影中，织女星人正是采用这个频率向地球发射了无线电波。不过，为了保险起见，天文学家也建议不要错过所有氢波段的整数倍频率，这也很可能是外星人采用的频率。
奥兹玛计划失败后，德雷克并没有太过沮丧，因为他心里很清楚自己的实力，这次失败仅仅是因为武器实在太烂而已。他在酝酿筹备一次全世界的武林大会，把全世界分散的寻找地外文明的力量集结起
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