如果外星生命存在，它們會留下哪些痕跡？

作者：環(huán)球科學(xué)

你對地外生命的探索感到好奇嗎？說到這個話題的話?？苹妹詡円欢〞氲揭徊侩娪敖小冻瑫r空接觸》，這部電影可以說半改編自卡爾·薩根的《接觸》，因?yàn)檫@個劇本就是卡爾·薩根本人寫的。

卡爾·薩跟撰寫的《接觸》

大概在1979年薩根就開始構(gòu)思這部電影的原型了。只不過這部電影中間遭遇了一些變故，從開始寫一直到97年才正式拍出來。那個時候卡爾·薩根就已經(jīng)離開我們了，他可能沒有看到最終的成片。

《超時空接觸》電影海報

但這依舊不影響這部電影是一個非常優(yōu)秀的作品。尤其是那位女主演，我覺得演得特別好，演出了那種又絕望又期待的心情。所以，后來當(dāng)我知道這個角色是有一個原型的時候，還蠻震撼的。沒有想到真實(shí)世界中真的有這樣一位科學(xué)家。

女演員叫茱迪·福斯特，是一位很出名的演員，她的原型也是來自美國的一個地外文明探索的機(jī)構(gòu)叫做SETI（Search for ExtraTerrestrialIntelligence），而她就是這個機(jī)構(gòu)的創(chuàng)始科學(xué)家，叫吉爾·塔特。

吉爾·塔特

吉爾·塔特當(dāng)時花了很長的時間做地外生命的探索。美國加利福尼亞那邊有一個叫做艾倫射電望遠(yuǎn)鏡陣列的地方，就是他們籌資做的一個射電陣列。他們可以通過這個射電望遠(yuǎn)鏡陣列來開展搜索地外生命信號的研究。

艾倫射電望遠(yuǎn)鏡陣列

在這個電影里其實(shí)也提到了遠(yuǎn)在波多黎各的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡，它在SETI的工作中也起到了很大的作用。而且當(dāng)時科學(xué)家還通過這個望遠(yuǎn)鏡向地外發(fā)射過一份信息。

科學(xué)家在上世紀(jì)七八十年代的時候做了很多瘋狂的事情，比如說阿雷西博信息。在1974年，科學(xué)家通過阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡曾發(fā)出過一段信息。阿雷西博信息里提到了數(shù)字，提到了人類的DNA，提到了地球在太陽系中的位置，甚至提到了發(fā)射這段信息所用的射電望遠(yuǎn)鏡，以及它的大概規(guī)模。如果這個信息真的是被外星人收到的話，很有可能因此知道很多地球上的信息。

阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡

當(dāng)時信息發(fā)向了一個恒星非常密集的地方，叫做球狀星團(tuán)的梅西耶13號。那一片距離我們特別遠(yuǎn)，短時間內(nèi)應(yīng)該不會被誰接收到。當(dāng)時可能完全沒有考慮要不要這么冒險的問題?，F(xiàn)在《三體》火了以后，大家都開始討論這樣的行為有多冒險。

阿雷西博信息

回過頭來，我們發(fā)現(xiàn)，外星生命探索其實(shí)也涉及到兩個點(diǎn)——科學(xué)家在探索外星文明的時候，一般情況下會分為兩種方式。第一種方式可能就像我們之前提到的，假設(shè)外星文明已經(jīng)先進(jìn)到能夠發(fā)射電磁波，我們就可以在地球上通過一定的射電設(shè)備或者是其他的一些方式去搜索電磁波，然后看一下電磁波里面有沒有一些所謂的結(jié)構(gòu)性的東西。一旦有結(jié)構(gòu)性的東西的話，它可能就代表著信息，或許就是智慧生命傳來的。

當(dāng)然還有一些其他的方向，比如說我們主動尋找一些外星文明的特征，其中最經(jīng)典的可能就是戴森球。戴森球的概念是弗里曼·戴森在1960年以前提出來的，那個時候大家其實(shí)也是陷入了尋找外星人熱。所以會想，如果一個外星文明它已經(jīng)達(dá)到了一定的高度，它在使用能源的時候會有一些什么樣的行動？

弗里曼·戴森

根據(jù)一型文明、二型文明、三型文明的分型，發(fā)現(xiàn)如果他達(dá)到了二型文明，要使用它整個恒星的能量，他可能會設(shè)置一個吸收所有太陽能的電板，罩在他們的恒星上，盡可能地去吸收太陽發(fā)出來的能量。這樣造成了一個問題，在我們收集到的信號中，太陽的光就不那么恒定了，可能會表現(xiàn)出人為改變它光線的特征。一旦發(fā)現(xiàn)這種信號，我們可能會覺得有人在利用太陽能，而能夠達(dá)到這樣的級別去利用太陽能的文明，可能是一個非常高級的文明。

這讓我想到之前看到一個很有意思的事情，最開始人們會用凌星法來觀測地外行星。凌星法是因?yàn)榇蟛糠智闆r下，你看到遠(yuǎn)處的恒星是比較清楚的，恒星會發(fā)光，但是你很難直接看到行星，但是如果行星正好運(yùn)動到你和恒星之間的話，它就會稍微遮掩一部分恒星的光芒。

通過亮度的變化，就能分析出一些關(guān)于行星可能它運(yùn)動周期它的大小的一些數(shù)據(jù)。之前有人很偶然地發(fā)現(xiàn)有一顆行星在路過它的恒星或者說它的太陽的時候，一下子太陽的亮度變化非常大，可能降了10%~20%。所以當(dāng)時人們就很激動，說會不會有可能這個是行星上的人建了一個已經(jīng)有一點(diǎn)類似于戴森球的構(gòu)造了，然后把太陽的光線擋住了。但是后來經(jīng)過長時間的討論，大家認(rèn)為，是一些星際灰塵遮擋了恒星的光芒，而不是我們所期望的一些文明的造物。

如何尋找外星生命

以上很多嘗試還是基于地球上人類的文明為藍(lán)本來探索的。我覺得之前有一個說法就很好，你很難去想象一個沒有見過的東西，一個你從來不知道是什么樣的東西。之前也有一個說法，如果你丟了一件東西的話，可能你喜歡在路燈下尋找，這是一個習(xí)慣性的動作。但實(shí)際上在探索外星文明的時候，我們可能有很多不一樣的點(diǎn)，他們的生活環(huán)境，他們的形成方式，甚至他們的文明的進(jìn)程可能都跟我們地球文明的完全不太一樣。

但是科學(xué)家在尋找的時候其實(shí)也沒有什么辦法，比如說常規(guī)的思路，我們首先去尋找一個宜居的行星，這也是無論是開普勒計(jì)劃還是之前的很多計(jì)劃在做的事情。然后找到了行星以后，我們再看它是不是在宜居帶，宜居帶證明它的水能夠在0℃左右存在（或者在當(dāng)?shù)氐臍鈮合乱砸簯B(tài)形式存在），有了這樣一個條件以后，我們才去考慮它的大氣成分是怎么樣的。

如果這個上面的文明并不是一個智慧文明的話，之前科學(xué)家還在覺得，但凡它上面顯示出了氧氣或者甲烷，會覺得這是一個生物改造的行為，然后也是把它作為具有生命存在的一個比較好的指征。但實(shí)際上后續(xù)的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，它可能也并不是。因?yàn)楹芏嗟淖匀滑F(xiàn)象，其實(shí)也可以在大氣中生成氧氣和甲烷。雖然它是一個高活性的物質(zhì)，之前一直認(rèn)為它可能會被消耗掉，無法長時間存在。但實(shí)際上它也可以通過一些地質(zhì)活動或者是一些其他的行為不斷產(chǎn)生，充盈在大氣里。所以目前來講，科學(xué)家已經(jīng)不再明確地使用這兩點(diǎn)作為外星生命存在的一個典型特征了。

但是尋找外星生命這個事情還要繼續(xù)，所以科學(xué)家們我感覺他們更像是真的有點(diǎn)像大海撈針，大家可能會去尋找各種各樣的，它有可能會反映生命活動的一些規(guī)律，一些痕跡。

全新的裝配理論

其實(shí)在國際上現(xiàn)在有很多的研究所也在做類似的事情，比如說在有一篇文章里邊提到的未知生命信號實(shí)驗(yàn)室，就在做這個事情，它的簡稱是LAB（Laboratory for Agnostic Biosignatures），他們可能就會想著用更根本的方式去區(qū)分這個所謂的自然行為和生命行為。

里面提到的一些概念給我的印象非常深，其中一個是去年提出來的。有科學(xué)家提出了裝配理論，這個理論主要是去判斷分子的復(fù)雜度。比如說拿奧陌陌這個名字舉例，裝配理論認(rèn)為，如果你想把奧陌陌就是這一串字符拼出來的話，你首先要在o后面加一個u——這是第一步，然后后面加一個m加一個u加一個a，然后mua這3個字母它可以被視為1個組合，然后你現(xiàn)在相當(dāng)于再往后面再加1個mua這個組合。所以一共你就相當(dāng)于加了5步。

那么奧陌陌這個系統(tǒng)，它的裝配復(fù)雜度它就是5，他的一個核心思想就是他認(rèn)為如果是跟生命有關(guān)的分子的話，那么它的復(fù)雜度應(yīng)該更高，尤其是它在測試了很多的分子，然后總結(jié)出來發(fā)現(xiàn)如果它的復(fù)雜度已經(jīng)超過15了，那么他有很大可能性，就是一個跟生命有關(guān)的分子。

他們也做了一些模型計(jì)算，就認(rèn)為如果它復(fù)雜度超過15，那么它在自然情況下直接生成這樣分子的可能性可能只有10^23次方分之1，就是一個非常小的概率。

NASA專門考了考這個科學(xué)家，他們拿了拿了很多種樣品，然后不告訴科學(xué)家這些是什么，讓他自己去分辨這里面分別是什么。里面有很多測試樣品還是會讓你感覺蠻難為人的，比如有一個是1400萬年前的化石樣本，你想都已經(jīng)變成化石了，就從地質(zhì)學(xué)上來看它都已經(jīng)石化了。按理說我們可能會認(rèn)為它和巖石的成分其實(shí)沒有什么區(qū)別。但實(shí)際上它還是有辦法去區(qū)分。另外還有一個樣本是來自于隕石的。那就是莫奇森隕石，它有一個特點(diǎn)，上面其實(shí)有很多有機(jī)物。但它不是它并不能代表是有生命特征的。而它也是出了名的成分復(fù)雜。這個測試中，裝配理論也明確指出，這個成分不是生命的成分。所以從整體上來講，裝配理論在目前的測試環(huán)節(jié)來說是可以比較好地區(qū)分，哪些是通過生命形成的，哪些并不是。

莫奇森隕石

最開始剛看到這個理論的時候，可能還覺得稍微有一點(diǎn)太理論了，但是你看到他后面做的這些測試居然真的能成功，似乎又會對它產(chǎn)生興趣。因?yàn)楸举|(zhì)上它的理論的基線就是在于，他認(rèn)為達(dá)到某一個復(fù)雜線以上的物質(zhì)，一定是由生命的活動造成的。所以這個事情在宇宙環(huán)境中是不是通用，我覺得其實(shí)也是一個打問號的事情，但他在總結(jié)出裝配數(shù)的時候，其實(shí)是通過了一些真真正正的哪些是生命的，哪些不是生命的，總結(jié)出了這樣一個標(biāo)準(zhǔn)。所以從經(jīng)驗(yàn)的角度來講，這個可能是有效的，只是它未來是否繼續(xù)有效，我們可能還要經(jīng)過進(jìn)一步的驗(yàn)證。

從另一個角度講，如果探索對象特別近的時候，比如說像我們的月球火星這些地方的時候，我們其實(shí)是可以派探測器，然后到這個地方去真實(shí)的去驗(yàn)證一下環(huán)境里邊有沒有水，有沒有復(fù)雜的分子，以及有沒有一些生命留下的痕跡。但是如果過遠(yuǎn)的話，我們可能會通過一些遠(yuǎn)程的方式來做了。

在火星上其實(shí)已經(jīng)做了很多的原位實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)家在20世紀(jì)70年代的時候在火星上做了一個放射性碳14的實(shí)驗(yàn)。他們把放射性碳14混雜到了火星的土壤里，作為實(shí)驗(yàn)組，然后對照組他們是給土壤經(jīng)過了160℃的高溫消毒，我們姑且假設(shè)160℃足夠消滅掉火星上的微生物。

但是結(jié)果真的很厲害，他們發(fā)現(xiàn)這個實(shí)驗(yàn)組，也就是沒有經(jīng)過高溫的這一組，它真的釋放出了含有放射性碳14的二氧化碳，另一組就沒有。但是問題又在于同期的其他探測，尤其是一些就是原位尋找有機(jī)碳的一些努力，都沒有結(jié)果，所以相當(dāng)于這個實(shí)驗(yàn)它就是一個孤證，然后我們很難根據(jù)這一個實(shí)驗(yàn)，就說它可能有效。

鎖鑰結(jié)構(gòu)

還有另一個問題，就是我們所有的這些其實(shí)都還是限制在我們地球的一個生命體系當(dāng)中，或者說我們可能現(xiàn)在的探測技術(shù)還是會限制在地球生命體。

這算是一個目前比較難以走出去的困境，雖然說我們一直在強(qiáng)調(diào)說要以更本質(zhì)的方式去認(rèn)識生命與非生命的區(qū)別，然后以更本質(zhì)的、不以地球?yàn)樗{(lán)本的方式去做一些識別。剛才我們提到了比如說像提到的裝配理論，也是在做這樣一些嘗試，但是目前可能還是有不少路要走。而且除了裝配理論以外，其實(shí)還有1到2個方式來也是在做這方面的工作的。

比如說“鎖鑰結(jié)構(gòu)”，我覺得這個理論很有意思，它認(rèn)為，在自然界里，雖然復(fù)雜的礦物能夠形成一些比較規(guī)律的排列，但它這種規(guī)律的排列也是比較機(jī)械化的，但是如果它是一個生命結(jié)構(gòu)的話，它可能需要有一些比較靈活的結(jié)構(gòu)，就是像鎖和鑰匙之間的這種能夠扣在一塊的，或者說能夠巧妙結(jié)合在一起，能夠靶向的一些結(jié)構(gòu)。這樣結(jié)構(gòu)可能跟生命的活動有本質(zhì)的關(guān)系。如果一個物質(zhì)里大量存在這樣的結(jié)構(gòu)，它可能跟生命活動相關(guān)。這個理論不在乎這些東西是硅基的碳基的還是怎么樣的，它可能希望通過一些結(jié)構(gòu)化的東西來判定這個東西跟非生物的東西有什么樣的區(qū)別，然后以此來做一個系統(tǒng)化的評判。

剛才我們提到的鎖鑰結(jié)構(gòu)其實(shí)就在講，在一般的非生命的物質(zhì)層面，可能也存在一定的結(jié)合點(diǎn)，但是這種精細(xì)的結(jié)構(gòu)并沒有達(dá)到一定的閾值。但是如果你是一個生命的行為，一個主動的生命的行為的話，因?yàn)閺?fù)雜的生化需求，可能有大量的這樣的鎖鑰結(jié)構(gòu)，以至于它可以完全的跟周圍的這種非生命的物質(zhì)區(qū)分開來。

但是當(dāng)然這也是一個理論層面的討論，已經(jīng)拋開了我們認(rèn)識的生命，只是從一個生命特別本質(zhì)的一些現(xiàn)象方面去找到它的共同點(diǎn)，然后提出這樣一個理論。

總而言之，雖然地球那么小，都已經(jīng)有這么多生命了，宇宙那么大，如果只有我們那豈不是——太浪費(fèi)了！

本文為科普中國·星空計(jì)劃扶持作品

團(tuán)隊(duì)/作者名稱：環(huán)球科學(xué)

審核：周曉亮

出品：中國科協(xié)科普部

監(jiān)制：中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司