最痴迷外星人的天文学家——弗兰克·德雷克

2019-02-08 admin

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人类在宇宙中是孤独的么?星空中的亿万星辰让我们有理由相信,人类并不是茫茫宇宙中唯一的智慧生物。随着人类发展出无线电天文学,具备了向宇宙发送电报的能力,许多天文学家觉得,人类应该主动联系外星文明,看看会发现些什么。

美国天文学家弗兰克·德雷克就是近百年来最痴迷于寻找外星文明的人,他创立了人类首个正式的搜寻外星文明的计划,写出了著名的“德雷克公式”,设计了外星人能够读懂的“阿雷西博信息”。下面我们就来看一看,他是如何探寻外星文明的。

求学经历

1930年,德雷克出生于美国芝加哥,17岁进入康奈尔大学学习物理。大学二年级,德雷克选修了一门天文学课程。通过一个40厘米口径的望远镜,他第一次看到了太阳系中的另一颗行星——木星,以及绕着它转动的4颗伽利略卫星。从此,德雷克将兴趣转向了天文学。

大学毕业后,德雷克在海军巡洋舰短暂服役,然后来到哈佛大学学习无线电天文学。20世纪50年代,无线电天文学的威力已经显现出来,它可以研究恒星,分析其光谱,也可以研究行星——只要向行星发送无线电波,当无线电波从行星上反弹回来的时候,会携带行星表面的信息。然而,仍在读研究生的德雷克却率先意识到,无线电天文学可能是人类发现或者接触外星文明的第一种可行的方式。

奥兹玛计划

1958年,拿到博士学位的德雷克成为了美国国家无线电天文台的天文学家,他开始尝试接收外星人发出的无线电信号。为此,德雷克提出了“奥兹玛计划”,这个计划以《绿野仙踪》的奥兹国女王——奥兹玛来命名,寓意寻找神秘的外星文明。

1960年,奥兹玛计划正式实施。德雷克和工作人员使用一台26米口径的无线电望远镜,接收来自太空的21厘米波长的无线电波——这是因为宇宙中最多的元素是氢,任何智慧生命都会对氢加以利用,21厘米正是氢原子发出的微波的长度,选择这个波长自然最妥当。1961年初,德雷克等人将无线电望远镜对准了距离太阳系12光年的具有行星的鲸鱼座T星,结果一无所获。随后,德雷克又把望远镜对准了同样具有行星的天苑四,仍然没有发现任何有价值的信息。不久,奥兹玛计划便取消了。

奥兹玛计划虽然失败了,但它是人类有史以来第一次严肃认真地寻找外星文明的尝试,有着非凡的意义。而且,德雷克并没有灰心,他知道,自己搜寻的范围还很狭小,不可能一朝一夕就能取得成功。

德雷克公式

奥兹玛计划失败后,心有不甘的德雷克又在美国国家无线电天文台组织了首届“地外文明搜寻大会”,在这次会议上德雷克正式提出了一个长期的计划——“搜寻地外文明计划”,号召全世界的天文学家将搜寻外星人的事业继续下去。在组织会议时,德雷克将重要的议题记录下来,他忽然注意到,如果每一个议题用数字来表示,然后对这些数字做处理,或许可以得到有意思的结果。在这种思想的指导下,德雷克提出了“德雷克公式”。

德雷克公式的具体形式如下:N =R*×fp×ne×fl×fi×fc×L,翻译成中文就是:银河系内外星文明的数量=(银河系内恒星的数量)×(恒星具有行星的概率)×(恒星系中类地行星的数量)×(行星孕育生命的概率)×(生命进化出智能的概率)×(人类能够识别智能生命通信技术的概率)×(外星文明持续的时间在行星生命周期中占的比例)。

德雷克公式看上去比较粗糙,公式中的变量目前还很难确定,比如天文学家还无法确定银河系内恒星的数量,至于“行星孕育生命的概率”或者“外星文明持续的时间在行星生命周期中占的比例”更是很难用数值精确描述的。不过,这个公式在逻辑上还是比较严谨的,考虑到宇宙巨大而古老得难以想象,德雷克公式至少说明,宇宙中存在外星文明的概率是大于0的。所以,德雷克公式并非完全没有意义,随着技术的改进和数据的积累,天文学家或许能够将方程中的变量计算出来,还可以修改这个方程,让它在寻找外星文明的活动中发挥更大的作用。

阿雷西博信息

如果有一天,我们真的找到了外星人,我们怎样和外星人交流呢?1974年,为了庆祝康奈尔大学的阿雷西博无线电望远镜改造成功,天文学家利用该望远镜向距离地球两万光年的球状星团M13发射了称为“阿雷西博信息”的信号,信号的波长为126毫米。“阿雷西博信息”是由德雷克精心编写的,目的在于让收到信息的外星人了解地球文明。

能让外星人看懂的信息应该是什么样子的呢?德雷克设想,如果外星人能够接收到人类的无线电信号,它们的智力应该不比我们差,理解数学和图像应该是没有问题的。所以,德雷克绞尽脑汁,设计了可以用二进制数解译的二维图像。

这种图像的高度为73个单位,宽度为23个单位,每一个单位由黑色或者白色的像素组成,黑色代表数字“1”,白色代表数字“0”。借助于无线电信号,图像会以一串1679(即73×23)位的二进制代码的形式发射出去。当外星人收到这一串二进制代码时,德雷克希望对方能够将数字代码翻译成二维图像。

即使外星人按照德雷克的意图翻译出了图像,那么这个图像又表示什么意思呢?其实,这一堆看上去零零散散的黑白像素,包含着许多与地球生命息息相关的重要信息。比如,最上面的三行黑白像素代表着数字1到10的二进制形式(数字1在最左列,向右依次是2、3、4、5、6、7,数字8、9、10太大,各需要占用两列来表示);中间的位置画出了人类DNA的双螺旋结构,双螺旋之间的两列表示一个非常巨大的二进制数,也就是十进制的4294441823——这是人体DNA中核苷酸的数量;双螺旋的下方有一个小人,它向外星人形象地描绘了人体的形状……

然而,外星人能否看懂德雷克的心意呢?2万年后,“阿雷西博信息”到达M13如今所在的位置时,答案才能揭晓。