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UFO爱好者

严肃科普：外星人真的存在吗，为什么我们还没有发现它们？
作者：赵斐
6月16日美国前总统克林顿在一档访谈节目中谈到，他在任期间曾派时任美国国家安全顾问Sandy Berger去51区调查外星人的真相，顿时引起了全世界的广泛关注。51区是内华达州南部的一个空军基地，是美军秘密研发和测试隐形侦察机和飞行器的地方。由于它过于神秘，因此一直以来总是和不明飞行物（UFO）扯上关系。
无独有偶，在上个月的5月17日，美国国会众议院情报委员会举行了50年以来的首次UFO主题听证会。这波疯狂的外星人大有再次霸屏的节奏。
今天，我们将从严谨的科学视角，来一起探讨外星人和地外文明的话题，这要从费米悖论和德雷克方程说起。
1. 费米悖论
费米悖论是指地外文明数量的过高估计与缺少现实科学证据之间的矛盾。
首先地外文明的数量为什么会在科学上被过高的估计呢？这是根据我们已知的可观测宇宙的直径达到约930亿光年，恒星的总数的样本十分巨大，约有1022到1024颗，其中我们银河系内有约2500亿颗恒星。通过对银河系内恒星光谱的巡天观测，我们知道构成生命的元素普遍存在于宇宙的各个角落，只要给他们足够的时间演化，宇宙中的生命应该无处不在，高等文明的数量按比例应该也是不在少数。但现实却比较骨感，人类至今没有获得任何地外文明存在的确切证据。
产生这个悖论的原因，目前还没有明确的答案，但天文学家提出了几种假说来试图解释费米悖论：
1) 稀有地球假说 （Rare Earth Hypothesis）
适合生命生存的行星远比想象的稀有。产生我们人类文明的很多条件其实非常苛刻，只要在无数个机缘巧合、恰到好处的条件同时满足的时候，才产生类似地球上的生命和文明。例如恒星的质量与温度要不大不小不高不低；行星轨道不远不近要恰好处于宜居带中，要有液态水；行星内部要有流体的内核和较差自转，从而产生磁场来抵御太阳风对大气的破坏等等。
另外，就算地球生命历经千辛万苦已经形成，外星人如果想探测到地球也同样困难重重。首先因为太阳较暗，绝对星等4.83等。从光谱上来说，地球对太阳的视向速度扰动只有9cm/s，基本淹没在噪声中。从测光或成像上来说，例如旅行者1号，距离地球60亿公里拍摄的暗淡蓝点（Pale Blue Dot），地球看上去就像一粒尘埃，75亿人口都挤在这粒“尘埃”上。在遥远的外星世界，地球可能仅是隐藏在外星人手里的测光图像里的一个无法识别的噪点。
2) 大过滤器假说。（Great Filter，牛津大学，罗宾·汉森）
这个假说首先承认了地外文明的存在，并且不同的文明处于不同的演化阶段。文明的演化要经历至少9个苛刻的物理条件的过滤。比如从无机物演化到有机物、从原核生物到真核生物，从单细胞到多细胞生物等，每一个演化门槛都相当于过滤器，无法通过这些考验的文明进程就被毁灭或淘汰掉了。地球文明已经通过了前8次严酷的筛选过滤，人类至今还没有发现外星文明是因为大多数其他文明可能并没有挺过层层的“过滤器”的筛选，在演化到高级文明前就被淘汰了，所以无法观测到。
3) 差异假说
简单的说就是文明之间的差异过大，导致无法探测，例如通讯的时间不重合，通讯方式有差距，或者信息无法理解。
人类用望远镜探索宇宙大约有400年，发射哈勃这样的空间望远镜观测宇宙只有30年，这个时间放在在宇宙的尺度下，只是短短的一瞬间。在这个短暂的时间范围内不足以找到外星文明的灯塔信号。
另外是通信方式不一样，或携带信息的方式不同，互相对不上眼。人类默认是通过电磁波进行调制之后来携带变化的信号用以传递信息，但外星文明可能并不是用某些特定波段的电磁波来传递信息，而是其他超出想象的方式。例如：我们在前线发现敌人，用无线电发射器发送了“有敌人”三个字到总部，但总部可能只能分辨前线是否点起了狼烟，对已经传达过来的无线电波视而不见。这样互相之间虽然都在试图去交流，但方式对不上。
2022年4月发表在《天体物理学杂志》上的一项最新研究，通过蒙特卡罗数值模拟的计算表明，人类文明至少需要存在40万年才能接收到银河系内其他智慧文明的交流信息。
4) 黑暗森林假说
主要包括了两条公理：一是生存是文明发展的第一要务。二、文明不断扩张，但宇宙中总物质总量保持不变。不过，其实在动态宇宙中，宇宙的视界随时间扩大或变化，可观测宇宙内的物质总量会产生变化。只有将宇宙看作静态的，上述结论才成立。
另一个个重要概念是猜疑链，即两种文明双方都知道对方的存在，但无法获得对方的信息，需要互相猜测对方可能的动机，猜测是敌是友，从而陷入无止境的猜疑循环。根据两条公理，总物质资源有限，所以总有一天双方会陷入对有限资源的争夺，必须先下手为强，在对方技术爆炸之前提前消灭对方。
所以每个文明为了保证自己文明的传承，必须小心翼翼的隐藏自己，猥琐发育。谁沉不住气、谁先暴露，谁就会被更高级的文明先毁灭，所以大家都选择都不主动暴露自己。因此，目前没有发现地外文明是因为他们隐藏了自己，这就是黑暗森林法则的逻辑。当然，黑暗森林法则也存在着一定的局限性：这两条公理和猜疑链完全是按照人类的思想来架构宇宙；，也许外星文明超出了我们的思想规范的框架。
对于不同文明的研究，前苏联天文学家卡尔达肖夫按照文明能够利用能源的量级，来衡量某颗星球文明的先进程度，利用卡尔达肖夫指数（K）可以把文明的发展划分为三个等级：
I型文明：文明可以驾驭行星的全部能源：1016W，K=1
II型文明：可以掌控所属恒星的全部能量，例如通过建造戴森球：1026W， K=2
III型文明：可以控制所在星系的全部能量：1036W， K=3
目前人类还未达到I型文明，卡尔达肖夫指数约为K~0.73，大约在100至200年左右才能达到I型文明。
2. 德雷克方程
1961年，美国天文学家德里克提出了著名的德雷克方程，来估算银河系内具有星际通讯能力的高级智慧文明的数量：
R* ：恒星形成的速率，数值约为1.5~3，（2010）
fp ：恒星周围具有行星的比率：至少有一颗的比率：接近1 （2012，Kepler，Micrlensing）
Ne：行星位于宜居带，具备生命产生的条件：0.4（2013，Kepler）
fl：演化出生命的比率： 10-4 （2000，稀有地球假说）
fi：生命进化到高等智慧生物的比率： 10-9 （2010）
fc：文明发展出通讯能力的比率：0.2 （Drake）
L：文明能够持续的时间：304 （2002）
根据稀有地球假说的初始参考值，得到的保守估计值为9x10-13，这意味这在这种假说下，我们在宇宙中是孤独的。
近几年的研究中，天文学家通过蒙特卡罗数值模拟，根据最新的恒星和行星演化模型，得出德雷克方程N值的误差范围在均值可以限制在10的2次方的范围内。例如2020年Tom Westby等人发表在《天体物理学杂志》的一篇论文中使用了最新的天体元素丰度分布的数据，获得了最新的估算结果约为N~36个。
德雷克公式虽然类似于一个思想实验，虽然并不能直接解决费米悖论，但它的核心价值却提供了一种硬核的逻辑结构，把一个原本无从下手的问题，分解为一环扣一环的、可以定量研究的变量。德雷克方程的主要意义在于，由于宇宙中至少有一个已知的数据点，就是我们自己即地球文明的存在，这就证明宇宙中出现智慧文明的概率大于零。因此只要样本数量足够大（例如现在已证认的5000多颗系外行星，数量还在继续增加中），可探测到的智慧文明的数量会随着样本的增大而增大。
3. 总结
从科幻到科学，从电影到现实，外星人和外星文明永远是一个实力IP和流量担当；地外文明的探索将会长期是一个开放性的问题，每个人都可以给出自己的答案，在没有真正的外星文明的数据之前，没有人知道它的确切答案。如果放飞想象，让脑洞开的大一些，也许外星生物是硅基生命体，或者是非细胞结构的生物，甚至高维生物，没有形状和大小。
科学始终都是被观测、实验和数据所引导的, 我们需要主动寻求答案，就像哥伦布出海去探索新世界一样，答案存在于星辰大海。
参考文献
[1] J. T. Wright, S. Kanodia, and E. Lubar, “How Much SETI Has Been Done? Finding Needles in the n -dimensional Cosmic Haystack,” The Astronomical Journal, vol. 156, no. 6, p. 260, 2018, doi: 10.3847/1538-3881/aae099.
[2] J. F. Kasting, “Peter Ward and Donald Brownlee’s ‘Rare Earth,’” Perspectives in Biology and Medicine, vol. 44, no. 1, pp. 117–131, 2001, doi: 10.1353/PBM.2001.0008.
[3] R. Hanson, “The Great Filter,” gmu.edu, 1998. https://web.archive.org/web/20100507074729/http://hanson.gmu.edu/greatfilter.html (accessed Jun. 28, 2022).
[4] S. D. Baum, J. D. Haqq-Misra, and S. D. Domagal-Goldman, “Would contact with extraterrestrials benefit or harm humanity? A scenario analysis,” Acta Astronautica, vol. 68, no. 11–12, pp. 2114–2129, Jun. 2011, doi: 10.1016/j.actaastro.2010.10.012.
[5] W. Song and H. Gao, “The Number of Possible CETIs within Our Galaxy and the Communication Probability among These CETIs,” The Astrophysical Journal, vol. 928, no. 2, p. 142, 2022, doi: 10.3847/1538-4357/ac561d.
[6] C. Liu, “The Worst of All Possible Universes and the Best of All Possible Earths: Three-Body and Chinese Science Fiction,” in Invisible Planets, 2017, pp. 361–367.
[7] F. D. Drake, “Project OZMA,” Physics Today, vol. 14, no. 4, pp. 40–46, Jan. 1961, doi: 10.1063/1.3057500.
[8] T. Westby and C. J. Conselice, “The Astrobiological Copernican Weak and Strong Limits for Intelligent Life,” The Astrophysical Journal, vol. 896, no. 1, p. 58, 2020, doi: 10.3847/1538-4357/ab8225.
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◎ 科技日报 张琦琪 张佳欣综合报道

今日
#首次在地球外确认生命之源存在#
冲上热搜



据日媒报道
日本文部科学省称
科学家在小行星探测器“隼鸟2号”
采集的样本中检测到了20多种氨基酸
这是第一个证明在地球外存在氨基酸的证据
这可能暗示地球以外存在生命

地球外存在“生命之源”首次确认

2020年12月，由探测器“隼鸟2号”搭载的为期6年的回收舱从3亿多公里外的小行星“龙宫”（Ryugu）返回地球，并带回约5.4克行星表面样本。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）等团队分析了样本后，从中检测到20多种氨基酸。

日本横滨国立大学天体生物学名誉教授小林宪正表示，在地球以外天体上发现多种氨基酸是“史无前例”的，甚至可能暗示地球以外存在生命，“证明氨基酸存在于小行星的地下，增加了这些化合物从太空到达地球的可能性”。这也意味着氨基酸可能存在于其他行星和天然卫星上，暗示“生命可能诞生在宇宙中比以前认为的更多的地方”。


日本宇宙航空研究开发机构小行星探测器“隼鸟2号”接近小行星“龙宫”。图源：日本宇宙航空研究开发机构

氨基酸是蛋白质的组成部分，是形成生命不可或缺的有机分子。虽然还不知道氨基酸是如何到达古代地球的，但有一种理论认为，46亿年前地球形成时氨基酸就已大量存在，但在地球被岩浆覆盖变得极其炎热后便不复存在，但随后又被流星从外太空重新引入。也有理论认为，氨基酸本身就存在于地球表面。

此次，“隼鸟2号”采集样本来自不受阳光或宇宙射线侵蚀的小行星地下物质，对其分析是在没有将其暴露于地球空气中的情况下进行的，这意味着研究人员首次证实了外层空间中也存在生命的组成部分。



地球外存在生命之源的消息一出
有人表示
星际之恋代入了







有人感慨童年幻想成真





有人想要“回家”





还有些人
他们的三体DNA动了









人类一直在努力寻找外星生命

1977年，美国发射了旅行者一号（Voyager 1）、旅行者二号（Voyager 2）。目前，这两个人造飞行器已飞出了太阳系的边缘，正向着茫茫的宇宙深处驶去。它们安装了介绍地球的金唱盘，希望有朝一日能有地外文明发现飞船并解码金唱盘。在金唱盘中，人类向宇宙中的其他文明发出了充满友爱的诚挚邀请，其中中文普通话的语音内容为：“各位都好吧？我们都很想念你们，有空请到这来玩。”
可惜目前仍然没有获得任何有关外星文明的信息。更为遗憾的是，到2025年左右，飞船的通信系统将因为供电不足而停止工作。


旅行者号金唱盘的表面用宇宙中的脉冲星作为路标，给出了地球在太空中的位置。如果地外文明与我们的天文学研究水平相当，应该可以从中解读出含义，并以此为导航来地球做客。图片来源：@联合国 官方微博视频截图

此外，科学家还采用射电望远镜搜寻外星文明信号。

20世纪60年代，美国天文学家弗兰克·德雷克开启了第一个现代搜寻地外智慧生命的实验，他使用当时美国最大的阿雷西博射电望远镜展开搜索，结果一无所获。

2020年，被誉为中国“天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）也正式开启地外文明搜索（SETI），寻找来自宇宙深处高智慧生命的信号。


FAST发现的脉冲星艺术效果图。图片来源：国家天文台

人类除了在太空寻找地外生命外，还在地球上寻找外星人的痕迹。

就在上个月17日，美国国会50多年来首次就不明飞行物公开听证，海军部情报局副局长斯科特·布雷说，过去20年来，美方观测到“越来越多未经授权或无法辨识的飞机或物体出现在军事管制训练区、训练靶场和其他特定空域”。按照他的说法，美国国防部没有发现“可能表明这些现象背后有任何非地球起源的东西”。

但是布雷同时说，不排除“非地球起源”的可能性，“我们对这是什么或不是什么没有任何假设”。

他当场播放两段不明航空现象(UAP)视频。一段显示天空中有闪烁的三角形物体，后来被确定为光线穿过夜视镜时产生的视觉现象。另一段视频显示一个闪光的球形物体高速掠过一架军用飞机的驾驶舱窗口。布雷说，这一事件迄今无法解释。


2021年3月20日凌晨，美国阿拉斯加州安克雷奇飞机飞过出现极光的天空（长曝光照片）。新华社记者吴晓凌 摄

去年6月，美国政府公开发布不明飞行物报告，提及144例不明航空现象，其中大部分是美军飞行员观察到的情况。这份9页的报告所提及现象中，有80多例被多个传感器探测到；18例飞行模式或特征异常，例如在有强风的高空保持静止或者在没有可辨识推动力的情况下以极快速度移动。

布雷在听证会上说，尽管必须考虑到先进飞行器可能会使用“特征管理”技术隐藏飞行能力，但在美方已知范围内，“没有任何对手的飞行器能够在没有任何可识别推进装置的情况下飞行”。


图片来源：视觉中国

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编辑：王宇
审核：朱丽