古书中的外星人之谜

骑UFO看外星人

古语云：书中自有颜如玉，书中自有黄金屋，自玛丽·雪莱的《弗兰肯斯坦》以来，在众多的科幻影视和小说中出现过形形色色的外星人，这些外星人或高或矮，或善或恶，有的带着外星科技来攻占地球，有的则带着大使来与地球缔结友好，那么现实中究竟有没有发现过外星人？科学家是如何寻找外星人的？如果我们的宇宙真的有外星人会是什么形态呢？

千百年来从古希腊到古代中国，从巴尔干半岛到黄河沿岸，只要有人类的地方，每当夜晚的来临的时候，多多少少都会有人仰望星空，想着那些星星上到底有没有神灵或者人呢？不巧是，我们在夜晚看到的、那些“眨着眼睛”的星星，基本都是恒星，也就像我们太阳的那种星球——表面有着千万摄氏度火焰的地狱。在人类的认知范围内，只有像地球这样位于恒星系宜居带的行星上才会有生命，我们寻找的目标就是它们。
　　在上期我们主要介绍了人类寻找外星人的工具——望远镜，科学家发明了各种各样的望远镜，但是单单是靠地面上的光学望远镜来观测星空，并不能发现遥远的星系里的行星，因为行星并不发光，我们能看到红色的火星是因为它反射太阳的光线。遥远的距离使得行星淹没在了恒星的光芒里，自然看不到。不过，随着科技的进步，人类有了各种各样寻找地外行星的方法，稍后我们一一介绍。


“外星人”中的“外星”二字主要泛指地球之外的星球，距离我们近一些的比如月球或者火星，远一些的可以是几百光年之外的星球。从哥白尼的“日心说”开始，随着数学和天体物理学的发展，人类已经意识到宇宙是多么的宏大，于是科学家开始思考在其他数以亿万计的星球上有没有生命呢？望远镜技术经过多年的发展和普及，更多的科学家开始用大大小小的望远镜对准夜空里的万千星辰，望远镜可以算作人类发现外星人的第一个途径。
历史上，人类对月球人和火星人都有浓厚的兴趣，就拿月球来说，我们只是用肉眼就能看到月球上的各种纹路和图案，古时候的人们凭此以为那里有人居住，然后就有了类似中国神话传说中的嫦娥和玉兔。至于火星，就要提到19世纪末意大利天文学家夏帕雷利对火星的观测。在把望远镜对准火星数个年头之后，夏帕雷利有了“重大发现”，他发现目镜里的红色星球上有细细的条纹，于是认为这是火星上的水道或者说河道，慢慢地这个消息在圈子里传开来，天文学家和天文迷们开始兴奋，因为他们觉得发现了火星运河，既然有火星运河，也就会有火星人。在随后的发现火星人热潮中，有诸多真真假假的发现，但是距离真正确定火星人是否存在的证据还很遥远，不过这却催生了一些列的文学作品，比如著名的科幻作家威尔斯的《世界之战》（War of the world）。小说讲述了火星人是如何入侵地球，地球军队被打得哭爹喊娘，最后却被地球微生物击败的故事。这本小说屡次被改编排成电视剧、电影，风靡世界，最近一次被搬上大荧幕是斯皮格伯尔版的《世界大战》，著名男星汤姆·克鲁斯主演，有兴趣的可以找来看一看。


随着望远镜技术的进步和发展，光学望远镜的口径越来越大，观测到的星空越来越清晰，但是光学望远镜在地球上观测会受到自转和大气层的影响，因此后来科学家们发明其他类型的望远镜。20世纪的上半页人类发现光也是一种电磁波，更为奇妙的是科学家发现宇宙中的天体除了会发出人眼可以看到的可见光之外，还会发出大量的人眼不可见的光或者说电磁波，有了这两个前提条件，射电望远镜出现了。可能一般人对射电望远镜没什么概念，从字面上很难明白这是个什么样的望远镜。举个比较通俗的例子，大家应该都使用过收音机，收音机是收集各频段的电磁波然后转换成声音，我们就能听各种各样的节目了。几乎是同样的原理，射电望远镜可以理解成一个超级收音机，用来收集来自宇宙星体发射的各种各样电磁波，然后转换成人类眼睛可见的图像和能听到的声音，所以说射电望远镜并没有传统望远镜的镜头，并不能“看”，而是来“收听”星体。射线望远镜的模样就像一口大锅，详情见下图，我想大家对这个东西应该都不陌生吧。


各种观测利器准备好了之后，我们开始寻找地外生命。外星人在哪里呢？跟你我一样，外星人也应该有自己的“家”，总不能像魔术师从帽子里变出的兔子一样来去无踪？而且也不会从近乎真空的宇宙空间里直接蹦出来，就目前人类掌握的知识来说，大部分科学家认为生命适合生存在距离恒星适中的行星上。这里我想提一下自己的看法，个人认为宇宙这么大，智慧生命不一定都是类人的物种，而且谁有能肯定恒星上没有生命呢，的确恒星上温度太高环境太过恶劣，但是要证明一个星球没有生命是十分困难的，宇宙中存在的智慧生命的形式可能超乎人类的想象，毕竟我们只探索了宇宙中极小极小的一部分空间。科幻小说《盲视》就给我们描述了一种不同的生命，有兴趣的朋友可以找来看看。
我们准备了这么多不同类型的望远镜，真的会有地外生命吗？如果我们是孤独的，这不是瞎折腾了吗？在没有找到外星人之前谁都不能肯定有地外生命，但宇宙几乎无限的空间让人震撼，也给了众多生命同时存在的空间。根据人类各种手段观测到的数据估算，宇宙中星系的数量至少有1000亿个，就拿地球来说，我们地球所在的太阳系只不过是银河系中一个很小的、非常普通的恒星系，银河系内有1500亿颗恒星，那么就算只有百分之一的恒星有自己的行星，每颗恒星有3颗，这样一算，至少存在45亿颗行星，但拥有行星的恒星远超这一比例。这45亿颗行星有百分之一是由实体岩石的类地行星，其中如果再有百分之一的行星适合人类居住，大概会有45万颗行星在恒星系的宜居带上，符合这些条件的行星就有可能发展成数万个地外文明。上边的数据还只是银河系，那么算上我们能观测到的星系，1000亿乘以45万就可以得出这个宇宙究竟有多少事宜人类物种居住的星球了。现在你相信有地外生命了吗？


有这么一句话：存在即合理。人类出现在这个宇宙就已经说明这个宇宙拥有智慧生命的概率大于零，既然如此，科学家大都认为也会有其他生命就不是一个虚假命题，人类不是特殊的，也不是唯一的。好了，数据方面就说到这里，我们继续讨论如何寻找适宜人类居住的行星。
世界范围内的科学家寻找地外生命和类地行星的想法都差不多，基本要求有适合生命生存的环境，即行星表面有适合生命存在的稳定的大气，温度适宜，需要有水。乍一看要求并不高，但寻找起来仍然十分困难。
有一句老话说：眼见为实。如果我们都看不到，科学家们怎么让大众怎么相信自己的理论呢？总不能说因为太阳系有行星存在，其他恒星应该都有行星吧。所以需要在望远镜里看到科学家所寻找到的行星的模样，或者说处于恒星系中宜居带的行星的真实图像，但是这对于光学望远镜来说太难了。如果拿天文望远镜对太阳经行观测，必不可少的一个物镜滤镜就是巴德膜，通俗来讲因为太阳太“亮”了，直接用望远镜对准太阳观测对眼睛有非常大的伤害，而巴德膜可以过滤掉一些光线（就跟小时候用熏黑的玻璃观测日食一样的道理），让我们观测太阳不会受到伤害。如果不用巴德膜而直接观测太阳，假设望远镜的材料和我们的眼睛都可以承受这种光亮，那是否能看到太阳周围的一颗行星？答案是否定的，同样，夜晚我们看到的星星基本都是恒星，只用光学望远镜是否能看到遥远恒星周围的行星呢？答案也是否定的，看到的只是一个光点，想看到宜居带的行星，基本不可能。
也许有人和我有相同的疑问，既然科学家没观测到其他恒星的行星，怎么知道这些行星是存在的呢？只靠理论或者说猜测是站不住脚的啊。下一期将讨论如何寻找淹没在恒星光芒里的行星。








　　先说一种比较“笨”的方法，说这个方法比较“笨”是因为观测起来很难，计算起来更难麻烦，这就是天体测量学或者称作测天学（Astrometry），这个方法是天文学中最古老最基础的一个分支，主要以测量恒星的位置和其他运动天地的距离和动态为主。这个学科其实解释起来很枯燥，还有各种各样的分支体系，这里我们只是用这个学科的一小部分就不详细赘述这一学科的内容了。根据这一学科中的理论发现小行星的方法比较简单，我们知道物理学中的万有引力，地球围绕太阳的公转正因为万有引力的存在，但是，如果你以为只是地球围绕太阳旋转而太阳的重心在宇宙中的位置不变那就错了，真实的情况是地球和太阳围绕着其共同的质量重心旋转，但是由于地球和太阳的质量相差太大，这个共同质量重心在太阳的内部，这样一来从远处看就跟太阳不动，而只是地球围绕太阳旋转了。既然地球和太阳的共同质量重心不是太阳本身的质量重心，那就是说太阳也在围绕着一个质量重心旋转了，虽然幅度很小很小，但总是可以观测到的。知道了这个原理，如果我们从遥远的地方看到的一颗恒星，如果这个恒星真的有行星围绕的话，你就发现这颗恒星的在观测图上以极小的幅度在晃动，位置上会有极小的位移。如此一解释，想必大家都明白一些了吧，是不是就可以愉快开心的去发现新行星了？原理的确简单易懂，剩下的就是计算和观测的问题，但是那些恒星距离我们地球动辄就几十光年、几百光年，甚至几万、几亿光年，用望远镜观测这颗恒星是否存在“抖动”实在是困难，而且十分枯燥，加之在地球上由于大气层和自转的影响，会变得更难测量准确，所以直到现在用这一方法找到的被大家认可的行星还十分稀少，但是科学家又发现了另一种比较简单的方法。




　　我们刚才讲得是“笨”方法，现在讲一个“不那么笨”、相对容易一些的方法。不知道大家知道“多普勒效应”吗，我想理科的同学会知道一点，文科生就不一定知道了，这里简单的介绍一下。如果波源和观察者有相对运动，当两者相互接近，观察者接收到的频率增大；当两者相互远离，观察者接收到的频率减小，这就是多普勒效应。光拥有波粒二象性，也就是说有波的性质，当光向我们飞速靠近的时候，我们接收到光线的频率增加，即移向光谱的蓝端，称为蓝移；当光远离我们的时候，我们接收到的光线的频率则会减小，即移向光谱的红端，称为红移。怎么运用多普勒效应来寻找恒星系里的行星呢，其实跟前边提到的“天体测量法”类似，只是检测手段不同。这里用前文我们提到地球和太阳做例子，这两者有个共同质量重心，也就是说围绕着同一个重心在旋转，上文我们提到的方法用来计算和观测恒星的位置变化是十分困难和枯燥的，如果和多普勒效应结合呢，再加上一个超级灵敏的光谱仪会变得怎么样呢？答案是非常可行！如果你看到一个人在你不远处绕着一个圆心运动，那么这个人距离的你距离是变化的，时而靠近时而远离，在坐标系中是一种曲线函数，同样当恒星位置出现微小的变化，也就是说恒星在围绕不是自身重心的一个点旋转，同时身边又没有其他恒星干扰，当这颗恒星围绕质量重心旋转远离我们观测的这一方向、或者靠近这一方向的时候，就会发生微小的红移和蓝移，如果我们的光谱仪足够灵敏就会捕捉到这一变化。怎么样，这个方法是不是相对简单一些？精准度上比检测恒星的极为细小的位置变化高很多，而且不受地球大气的影响，这样就大大加快了人类发现遥远星系中行星的速度。这一方法一经发现很快就被用于实际的研究中，随后从20世纪末开始，科学家们相继发现了许多其他星系中的行星。
　　在本期的漫谈中我们讲了两种发现其他恒星系中行星的方法，但是这两种方法都有一个缺点，因为人类仪器的精度问题，现在只能发现那些距离恒星比较近，而且质量相对比较大的行星，这样引起的恒星位移足够“大”才能被仪器检测到，而位于恒星系宜居带上的行星则暂时还不容易被检测到。如果行星距离他们所在的恒星系中的主恒星位置太近，近到行星环境太过恶劣，这样的星球在人类认知范畴内无法存在生命。你能想象原始人类或者地球原始生命在摄氏四五百度的环境中生存吗？你能想象地狱般的金星和水星表面存在生命吗？从人类至今的观测和探索来看，金星和水星这两颗行星太靠近太阳，导致地表环境太过恶劣，不存在生命。不过，也有可能拥有这种质量大又靠近主恒星的行星存在的恒星系内，会存在处于宜居带的行星，但这只是推测，只是可能，还是那句老话：眼见为实。

　　在本期漫谈结束的时候，再介绍一种带有科幻色彩的寻找太阳系外宜居行星的方法。不知大家听说过戴森球吗？我想有些幻迷应该知道，在以前的漫谈中也介绍过，戴森球（Dyson Sphere）是弗里曼•戴森假想出的包围母恒星的巨大球形结构，它可以捕获大部分或者全部的恒星能量输出。拿我们的太阳举例，太阳辐射到地球的能量只是其放出能量的1/20亿分之一，以后科技发达了，人类对能量的需求会更巨大，地球上的能源不够用怎么办呢？戴森球就是解决方法之一。戴森认为戴森球是长期生存的技术文明对于能量需求增长的必然需求，并认为寻找其存在的证据可以引导发现地外高等生命。以上是百科的解释，说得够明白，如果人类观测到戴森球的话，那么恭喜你，找到外星智慧生命了！而且还是科技比较发达的外星人。以此为题材的小说有拉里•尼文《环形世界》等科幻小说，《环形世界》获得了当年的星云奖，有兴趣的朋友可以找来一读。
　　前文讲了一些人类发现太阳系行星的一些方法，可是对射电望远镜的作用却提到很少，下期我们主要讨论射电望远镜的一些发现和历史，当然还有对“外星人”的发现，或者说我们被外星人“发现”。

大屁人

戴森球也许是一种方法，但是可行性不高。地球人已热衷于研究宇宙的来源，宇宙的来源搞清楚了，意味着物质的本源也搞清楚了，也就是说发现了新的能量理论，这时将可能掌握了产生新能源的方法，还需要戴森球吗？既然宇宙到处是暗能量，转化为明能量是否可行呢？向恒星要能量，只是第二级文明的能力。第三级或更高，也许并不需要这种方式。

伤我心太深

举杯邀明月，对影成三人。古人对月亮有一种特殊的感情，大约因为这颗星球在夜晚是最亮的天体，也因为月亮上的阴影让人们产生了无尽的联想，许多神话传说也由此诞生。可古人殊不知，月亮上让我们遐想无数的阴影其实是其坑洼不平的表面，这一切的发现功劳大部分要归望远镜所有。在前两期的漫谈中我们讲了外星人存在的概率和一些寻找手段，这一期我们主要聊聊寻找外星人利器之一的望远镜及其种类和发展史。

　　古今中外，有没有人想把月球看得更清楚一些呢，大有人在，只不过是技术太过匮乏没有达成而已。在17世纪初，一位荷兰的眼镜商人利伯希（HansLippershey）无意地将两块透镜排成一条线，发现远处的景物通过透镜似乎拉近了一些。1608年这个商人为自己的发现申请了专利，并按要求制作了一架双筒望远镜，于是人类第一架望远镜就此诞生。

　　几乎在同一时期，各国的研究者都在发展、研究属于自己的望远镜。我们耳熟能详的伽利略就是其中之一，这位意大利博学的科学家在听闻荷兰眼镜商人发明了供人玩赏的望远镜之后，虽然没见过实物，但思考数日之后，用风琴管和凹凸透镜制成了望远镜。这之后又把倍率提高到9，1610年又将倍率提高到33。伽利略用自己制造的望远镜观察日月星辰，发现甚多，是年3月，这位意大利科学家出版了《星空信使》一书，震撼全欧，随后又发现了金星盈亏与变化大小，这对日心说是一种强有力的支持。

　　使用两块透镜成像的望远镜叫做折射望远镜，伽利略做的是属于这种。早期的折射望远镜有个问题，即使加工再精密也不能消除色差。这时我们都认识的牛顿出场了，他曾认为折射望远镜的色差是无法消除的。牛顿在1668年制作出了反射式望远镜，虽然比较小，但是已经能够比较清楚得看到木星的卫星。而后，在1672年，牛顿同志又做出了一台更大的反射望远镜，送给了英国皇家学会，至今还保存在那里。

　　在望远镜发明之后很长一段时间内，科学家们都想法设法将望远镜做得更大一些，以便能得到更清楚的图像，能看到更遥远的宇宙。经历了几百年的发展，直到1917年，富商胡克赞助了一架口径为100英寸的反射望远镜的建造。望远镜坐落在威尔逊天文台，在此后的30年里，胡克望远镜一直都是世界上最大的望远镜。科学家在胡克望远镜建成之后，又对其进行了一系列的升级改造，安装了干涉仪，这是光学干涉装置首次在天文体学上的应用。科学家埃德温哈勃用胡克望远镜完成了关键计算，确定许多所谓的观测到的“星云”其实是银河系外的星系，并且在米希尔哈马森的帮助下认识到了星系的红移，认为宇宙在膨胀。

　　无论是反射式还是折射式，天文望远镜进入20世纪之后有了各种各样的发展，比如多镜面望远镜，比如使用了拼接技术的望远镜。但这些都有各自的局限性，地球表面因为大气扰动和天气的原因，不能让科学家随心所欲的进行观测，于是人们想到将望远镜发射到太空，也就有了著名的哈勃太空望远镜，人类对宇宙的观测又进入了一个新的纪元。


　　前边我们提到的各种望远镜，基本原理就是将通过各种透镜的光汇聚起来成像，如果想要看得更远更清晰，就需要更大口径的望远镜，但是制作更大的口径就意味着技术上要不停的升级，费用上也是成倍增加，射电望远镜的发明在一定程度上解决了这一问题。上一篇漫谈中我们介绍过射电望远镜的原理，这里稍微再提一下。科学家们认识到光也是一种电磁波，我们收集那些穿越了亿万光年来到地球的星光，再把这些电磁波还原成图像，这就是射电望远镜的主要工作原理。与一般的使用透镜的望远镜不同，射电望远镜的造型迥异，各位朋友应该都见过卫星天线，就是比较像锅一样的东西。因为射电望远镜主要收集的是电磁波，用的也就是这种锅，不同的是穿越无尽星空到达地球上的星光太过微弱，于是我们需要的“锅”也就比较大。


　　射电望远镜在诞生初期也遇到了各种各样的问题，后来相继得到解决，甚至有科学家因为射电望远镜还拿过诺贝尔物理学奖。1962年，英国剑桥大学卡文迪许实验室的赖尔（Martin Ryle，1918-1984）利用干涉的原理，发明了综合孔径射电望远镜，大大提高了射电望远镜的分辨率。其基本原理是：用相隔两地的两架射电望远镜接收同一天体的无线电波，两束波进行干涉，其等效分辨率最高可以等同于一架口径相当于两地之间距离的单口径射电望远镜。赖尔因为此项发明获得1974年诺贝尔物理学奖。

《超时空接触》海报

　　随着技术的进步，射电望远镜越来越完善，一方面单面口径的射电望远镜越做越大，另一方面射电望远镜阵列也发展迅速，各国联合建造的天线阵也相继完成，由此人类探索宇宙的脚步也越来越快。由此衍生出来的电影电视作品也层出不穷，比如《超时空接触》（Contact），讲的是科学家埃莉·爱罗薇通过射电望远镜接收到了来自外太空的信息，然后经过不懈努力解密信号制造了可以穿越时空的机器。女主角经历了重重困难之后，最终穿越星空与外星生命接触的故事。影片的结尾比较特别，也比较聪明，亦真亦幻，留给观众遐想的空间很大，是一部非常不错的硬派科幻电影，有兴趣的朋友可以找来看看。

火星人油条