寫(xiě)下科學(xué)中第二著名公式的人走了，他為我們開(kāi)啟了探索地外文明的時(shí)代

2022年9月2日，美國(guó)天文學(xué)家弗蘭克·德雷克逝世，他為人類開(kāi)啟了地外文明探索之路，將被永遠(yuǎn)銘記。

撰文 | 瞿立建

弗蘭克·唐納德·德雷克（Frank Donald Drake，1930.5.28－2022.9.2）

德雷克相信宇宙里有外星人，并且相信人類最終會(huì)與外星人建立聯(lián)系，更重要的是，他把理念轉(zhuǎn)換為行動(dòng)，轉(zhuǎn)化為一個(gè)可以一步步解決的科學(xué)問(wèn)題。他沒(méi)有看到問(wèn)題的解決，于2022年9月2日，在自己家里去世了。

德雷克曾斷言，在他有生之年，地球人會(huì)與外星人建立聯(lián)系。在晚年，他承認(rèn)自己等不到這一天了。他確實(shí)沒(méi)等到這一歷史性時(shí)刻，但他種下了尋找地外生命這個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的種子，如今已開(kāi)滿山崖，他應(yīng)該是帶著欣慰而非遺憾離開(kāi)這個(gè)世界。

童年夢(mèng)想

德雷克1930年生于芝加哥，父親是化學(xué)工程師，母親是家庭主婦。德雷克自小對(duì)化學(xué)、電子學(xué)感興趣。德雷克對(duì)天文學(xué)和地外文明的興趣始于8歲時(shí)，他的父親給他講天上還有別的世界，意思是還有其他行星，但德雷克的思維走得更遠(yuǎn)，他暢想有智慧文明的類地行星分布在宇宙很多角落，那里各自有自己版本的汽車、街道、鄰里。

德雷克父母是浸會(huì)教徒，對(duì)子女的管教較為嚴(yán)格，家庭生活顯得苦悶。德雷克自小厭惡宗教，并對(duì)宗教有著與其年齡不符的深刻觀點(diǎn)，認(rèn)為宗教的世界觀是狹隘的，是起源地具體環(huán)境塑造出來(lái)的。

德雷克小的時(shí)候經(jīng)常騎自行車去芝加哥科學(xué)與工業(yè)博物館，流連于各種展品，他在那里了解到太陽(yáng)只不過(guò)是銀河系無(wú)數(shù)恒星中不起眼的一個(gè)，更覺(jué)得外星生命存在于銀河系。

德雷克童年時(shí)經(jīng)常造訪的科學(xué)與工業(yè)博物館是世界上最大的科學(xué)館之一，是芝加哥最著名的人文景點(diǎn)之一。

17歲時(shí)，德雷克獲得了海軍后備軍官訓(xùn)練團(tuán)的獎(jiǎng)學(xué)金（類似我國(guó)的國(guó)防生），入讀康奈爾大學(xué)，打算畢業(yè)之后做飛機(jī)設(shè)計(jì)師。德雷克大學(xué)期間選修過(guò)一門(mén)天文課程。1951年，俄裔美國(guó)天文學(xué)家?jiàn)W托·斯特魯維（Otto Struve，1897 -1963）在康奈爾大學(xué)做學(xué)術(shù)報(bào)告，報(bào)告中講到，根據(jù)他的觀測(cè)結(jié)果，可以推斷銀河系中擁有行星的恒星比比皆是，因此銀河系中應(yīng)該會(huì)有外星生命。這給聽(tīng)報(bào)告的德雷克極大沖擊，自己從孩童時(shí)期的想法，竟然與天文學(xué)大咖英雄所見(jiàn)略同。自此，他更加嚴(yán)肅對(duì)待地外生命、地外文明問(wèn)題。

1951年，德雷克獲得工程物理學(xué)士學(xué)位，之后在美國(guó)海軍服役。1955年，德雷克進(jìn)入哈佛大學(xué)讀研究生，1958年獲得天文學(xué)博士學(xué)位，之后入職美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)，在從事天文觀測(cè)工作的同時(shí)，依然念念不忘童年的夢(mèng)想——尋找外星人。

奧茲瑪計(jì)劃

1959年4月，德雷克說(shuō)服臺(tái)長(zhǎng)，搞一個(gè)“奧茲瑪計(jì)劃（Project Ozma）”，利用射電望遠(yuǎn)鏡尋找地外無(wú)線電信號(hào)。奧茲瑪是美國(guó)童話故事《綠野仙蹤》中奧茲國(guó)的公主。

德雷克和他開(kāi)展奧茲瑪計(jì)劃的望遠(yuǎn)鏡——Tatel望遠(yuǎn)鏡

奧茲瑪計(jì)劃在秘密推進(jìn)，因?yàn)榈吕卓思捌渫聯(lián)谋怀靶Α?959年9月，意大利粒子物理學(xué)家朱塞佩·科科尼（Giuseppe Cocconi，1914-2008）和美國(guó)物理學(xué)家菲利普·莫里森（Philip Morrison）在Nature上發(fā)表文章，闡述他們對(duì)于尋找地外文明的想法，所提研究方案類似奧茲瑪計(jì)劃。德雷克也就不再保密了，公開(kāi)了他們正在進(jìn)行的計(jì)劃。

1960年起，德雷克組裝的望遠(yuǎn)鏡正式開(kāi)始進(jìn)行觀測(cè)，奧茲瑪計(jì)劃終于落地了。奧茲瑪計(jì)劃最終沒(méi)有找到外星文明任何蛛絲馬跡，但吸引了公眾注意，其中包括一名年輕的研究生，他叫卡爾·薩根（Carl E. Sagan，1934-1996），自此開(kāi)始了他們終生的合作。奧茲瑪計(jì)劃吸引眾多大咖來(lái)到德雷克所工作的天文臺(tái)，共商尋找外星生命大計(jì)。

1994年，卡爾·薩根（左）與德雷克（右）?？枴に_根，著名美國(guó)天文學(xué)家、天體物理學(xué)家、宇宙學(xué)家、科幻小說(shuō)及科普作家，天文生物學(xué)家先驅(qū)。

德雷克方程

1961年夏，德雷克接到一個(gè)電話，是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院空間科學(xué)委員會(huì)的彼得·皮爾曼（J.P.T. Pearman）打來(lái)的。皮爾曼說(shuō)，他對(duì)奧茲瑪計(jì)劃特別感興趣，建議德雷克組織一個(gè)會(huì)議，以推動(dòng)尋找地外生命的研究。

1961年，搜尋地外文明第一次學(xué)術(shù)研討會(huì)議開(kāi)始，參會(huì)者有10人，除了皮爾曼和德雷克外，還有前文提到的卡爾·薩根、科科尼、莫里森，以及德雷克尋找外星文明的學(xué)術(shù)啟蒙人斯特魯維，一位華人天文學(xué)家黃授書(shū)（Su-Shu Huang，1915-1977），還有幾個(gè)地外文明的“票友”：神經(jīng)學(xué)家、約翰·禮來(lái)（John Lilly）、發(fā)明家和惠普電腦創(chuàng)始人之一伯納德·奧利弗（Bernard Oliver）、諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主梅爾文·卡爾文（Melvin Calvin，1911-1997）、商人和業(yè)余無(wú)線電專家德納·阿奇利（Dana Atchley）。他們給自己的小團(tuán)體起名“海豚社”，因?yàn)榕c會(huì)者約翰·禮來(lái)是研究海豚如何互相交流的，他認(rèn)為如果能破解海豚的語(yǔ)言，也會(huì)能幫助理解外星人的交流方式。

在這次會(huì)議上，德雷克提出了后來(lái)以他名字命名的方程——德雷克方程。

1961年，史上第一次搜尋地外文明學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議室墻上的銘牌，用于紀(jì)念這次會(huì)議。

德雷克方程形式如下：

這個(gè)方程可用于估算銀河系中地外文明的數(shù)量，方程中各變量估計(jì)值各有不同，不同的估計(jì)值可得出不同的來(lái)，給出的結(jié)果從幾到幾十億不等。

德雷克方程逐漸成為天文學(xué)，尤其是搜尋地外文明領(lǐng)域的標(biāo)志性方程，這個(gè)方程也像麥克斯韋方程組一樣，在激發(fā)著公眾的想象力。這個(gè)方程被譽(yù)為 “史上第二著名方程”，僅次于E=mc^2。

這個(gè)方程至今仍在指導(dǎo)搜尋地外文明研究，搜尋地外文明研究其實(shí)就是研究德雷克方程中的某一項(xiàng)或某幾項(xiàng)。

1963年，德雷克加入噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（NASA Jet Propulsion Laboratory，JPL），擔(dān)任月球和行星科學(xué)的部門(mén)負(fù)責(zé)人?？墒堑诙甑吕卓司娃o職了，因?yàn)樾姓聞?wù)太多，沒(méi)時(shí)間進(jìn)行自己感興趣的研究。

之后德雷克回到自己的母?？的螤柎髮W(xué)。德雷克在天文學(xué)領(lǐng)域繼續(xù)取得諸多有影響力成果，但一直沒(méi)有停下對(duì)搜尋外星文明的思索。他有了新主意，要給外星文明發(fā)送信息，告訴他們，茫茫宇宙不孤單，地球人在這里。

與外星人對(duì)話

1972年和1973年，美國(guó)接連發(fā)射先驅(qū)者10號(hào)和11號(hào)非載人航天器，它們是史上第一個(gè)和第二個(gè)離開(kāi)太陽(yáng)系的人造物體。

德雷克和卡爾·薩根設(shè)計(jì)了一個(gè)鍍金鋁板，安裝在先驅(qū)者10號(hào)及先驅(qū)者11號(hào)上。鍍金鋁板上面刻畫(huà)了一些圖案，表明了該航天器是從哪兒出發(fā)的，也畫(huà)出了地球上最高等生命的形象：一個(gè)男人和一個(gè)女人。這兩個(gè)人的背景是“先驅(qū)者”飛船本身的外形輪廓，它清楚地表明人的高度大約是飛船寬度的2/3。還畫(huà)了氫原子基態(tài)超精細(xì)躍遷示意圖。

先驅(qū)者鍍金鋁板上的圖案

這個(gè)鍍金鋁板就像漂流瓶一樣在浩瀚宇宙中游蕩，等待著被外星人捕獲，讓外星人知道：宇宙中還有一支文明想與他們建立聯(lián)系。

不過(guò)，這種可能性實(shí)在太過(guò)渺茫，先驅(qū)者10號(hào)要在200萬(wàn)年后才能抵達(dá)前方第一顆恒星畢宿五。

最快的通信方式是電磁波。德雷克在卡爾·薩根和其他人的幫助下，設(shè)計(jì)出了發(fā)給外星人的電磁波信息，并于1974年11月16日利用阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的雷達(dá)向宇宙發(fā)射。

此后，人類多次向宇宙外星人發(fā)送電磁波信息，內(nèi)容大都是在阿雷西博信息基礎(chǔ)上改進(jìn)的，包括2022年最新的一次改進(jìn)。（阿雷西博信息及最新的一次改進(jìn)的解讀，參閱《為了讓外星人了解地球信息，他們拼命想出了這些“亂碼”》）

阿雷西博信息的圖形示意圖

1977年，德雷克和卡爾·薩根又為旅行者1號(hào)和2號(hào)航天器設(shè)計(jì)了一張金唱片，收錄了用以表述地球上各種文化及生命的聲音及圖像，其中包括中國(guó)古琴曲《流水》。

先驅(qū)者10號(hào)和11號(hào)上的鍍金鋁板以及旅行者1號(hào)和2號(hào)上的金唱片的最終目的雖然是與外星人溝通，其實(shí)對(duì)于地球人意義更大，象征了人類與宇宙之間的關(guān)系。

旅行者1號(hào)和2號(hào)攜帶的金唱片

1984年，德雷克從康奈爾大學(xué)跳槽至加利福尼亞大學(xué)圣克魯茲分校，同時(shí)任當(dāng)年成立的民間組織SETI協(xié)會(huì)（SETI Institute，SETI即搜尋地外文明的英文search for extraterrestrial intelligence 首字母縮寫(xiě)）董事會(huì)主席，SETI協(xié)會(huì)旗下研究機(jī)構(gòu)卡爾·薩根中心主任。1996年，德雷克從大學(xué)退休，2010年卸任卡爾·薩根中心主任。

2022年9月2日，德雷克在加州的家中安詳?shù)厝ナ?，享?2歲。

SETI協(xié)會(huì)（SETI Institute）的LOGO

遺產(chǎn)

站在星空下思索：有沒(méi)有外星人？他們?cè)谀睦铮?/p>

古今中外的人類，每當(dāng)仰望星空，都會(huì)情不自禁地問(wèn)自己，那里有什么？是否還有其他像太陽(yáng)一樣的恒星，像地球一樣的行星，也有著智慧生命？幾千年來(lái)，尤其是近幾百年來(lái)，隨著天文學(xué)和天體物理學(xué)的發(fā)展讓我們對(duì)宇宙的知識(shí)有了極大的增長(zhǎng)，甚至可以推斷宇宙最初的起源和最終的命運(yùn)，但我們對(duì)外星生命的好奇從未減弱。

1961年，德雷克寫(xiě)下他估算外星文明數(shù)量的方程，將外星人是否存在從一個(gè)哲學(xué)問(wèn)題變成一個(gè)科學(xué)問(wèn)題。他還是搜尋外星人信號(hào)的第一人，是搜尋地外文明（SETI）領(lǐng)域的先驅(qū)者，參與設(shè)計(jì)了人類最終向外星人發(fā)送的圖像和電磁波信息……德雷克革命性地改變了我們思考和搜尋外星生命和外星文明的方式。

德雷克之后，我們對(duì)于外星生命和外星文明，不再被動(dòng)等待，而是主動(dòng)出擊，但并不魯莽，因?yàn)檫@是探索一個(gè)堅(jiān)實(shí)的科學(xué)問(wèn)題。我們盡管還尚未有成果，也許在未來(lái)，我們驀然回首，發(fā)現(xiàn)德雷克其實(shí)帶給地球人文明以革命性飛躍。

斯人已去，讓我們向他的遺產(chǎn)致以敬意，以尋找那個(gè)大問(wèn)題的答案的方式：

宇宙里，還有誰(shuí)？

出品：科普中國(guó)

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