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外星球的灯光

- 卢昌海 -

本文是替《科学画报》撰写的专栏短文， 本站版本在若干人名和术语初次出现时注有英文。

除了我们脚下这颗蓝色星球外， 还有多少星球上存在智慧生物？ 这是一个很多人感兴趣、 却尚无答案的问题。 有人倾向于所谓的 “稀有地球假设” (Rare Earth hypothesis)， 即认为地球有可能是银河系甚至宇宙中唯一存在智慧生物的星球； 也有人相信所谓的 “平庸原理” (Mediocrity principle)， 即认为智慧生物的出现乃是不足为奇的现象。

这种见解上的分歧近期内还看不到解决的可能， 因为我们不仅从未发现过外星智慧生物栖居的星球， 甚至连什么手段最适宜搜索他们都还有争议。 在笔者还是《科学画报》的小读者的时候， 一种比较流行的看法是认为智慧生物必定会象人类一样发展出无线电通信技术， 并且必定会向外层空间泄露电波， 因此最适宜的搜索手段是探测他们的电波。 可惜， 人类自己的技术发展很快就让这一手段失了宠——因为比无线电通信更优越的光纤通信基本不泄露电波。

地球的灯光

那么， 还有什么别的手段适宜搜索外星智慧生物呢？ 最近， 两位美国科学家——哈佛大学 (Harvard University) 的洛布 (Abraham Loeb) 和普林斯顿大学 (Princeton University) 的特纳 (Edwin Turner) 提出了一种设想。 他们认为， 外星智慧生物必定会象人类一样使用灯光， 从而我们可以通过探测外星球的灯光来搜索他们。

听起来有点意思， 但外星球的灯光——如果有的话——究竟能在多远之外被探测到呢？ 洛布和特纳做了简单估算， 结果表明象人类大城市那样的灯光可在 50 个天文单位 (约 75 亿公里) 处被观测到。 这相当于太阳系外围的柯伊伯带——一个距太阳约 30-55 天文单位的小天体带——与我们的距离。 受此启发， 洛布和特纳提出了一个更大胆的设想， 即个别柯伊伯带天体或许真的就是外星智慧生物的栖居地， 它曾经很靠近太阳或其它恒星， 从而演化出了智慧生物， 后来因某种原因脱离了原先的轨道， “漂移” 到柯伊伯带中。 洛布和特纳还进一步提出， 柯伊伯带天体上的灯光与天体本身的光亮不同， 前者与离太阳的远近无关， 后者却与远近有关 (因后者是阳光反射所致)。 因此， 通过跟踪观测柯伊伯带天体离太阳的远近与它的亮度间的关系， 我们就有可能发现栖居在那里的智慧生物。

由于外星智慧生物一向是大众喜爱的话题， 洛布和特纳的设想引起了不少媒体的关注。 但其实早在 1979 年， 著名美国科普作家阿西莫夫 (Isaac Asimov) 就在《地外文明》(Extraterrestrial Civilizations) 一书中提及了类似的设想。 当然， 阿西莫夫没有提议以当时尚未发现的柯伊伯带为搜索目标。 不过， 那目标与其说是创意， 不如说是胡猜， 因为在它背后， 是一系列极不可能的假设： 比如假设在柯伊伯带天体上能演化出智慧生命 (那样的小天体哪怕曾经温度合适， 也很难长期维持大气和液态水)； 比如假设在如此寒冷的环境下， 智慧生物居然仍生活在天体的表面而没有躲到更利于保暖的内部； 比如假设在资源如此匮乏的情况下， 智慧生物居然会让大量灯光耗散在虚空里……

不过， 以柯伊伯带为搜索目标虽属胡猜， 用外星球灯光搜索智慧生命倒未必毫无可行性。 如果那外星球比柯伊伯带天体大得多， 灯光总量也更多， 探测的可行性就会更大。 比方说， 如果外星球的灯光与目前整个地球的灯光相当， 我们在 1,000 个天文单位 (比太阳系最遥远的行星海王星离我们还远 30 多倍) 处就能探测到。 如果探测技术进一步发展， 或外星球的灯光比这更强， 则探测距离还可增加， 直至延伸到其它恒星的周围。

另一方面， 这探测手段也带给我们一个反面启示， 那就是人类的灯光污染 (Light pollution) 已达到了惊人的规模——用人类自己的技术在 1,000 个天文单位处就能探测到。 如果真有外星智慧生物的话， 他们或许也在搜索我们， 而且谁也摸不准他们对我们怀有善意还是恶意。 最安全的做法也许是在搜索他们的同时隐藏自己。 为此， 我们显然需要在控制灯光污染上多下功夫。

当然， 外星智慧生物没准也会这么想， 从而也控制自己的灯光。 那样的话， 这一搜索手段很可能也会成为徒劳， 而我们的好奇心则将持久地悬着。

二零一一年十二月二十一日写于纽约
二零一二年二月六日发表于本站
https://www.changhai.org/

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网友讨论选录

• 网友： 欢声笑语   (发表于 2012-02-06)

  嗯， 不错， 很有趣的话题。

• 网友： 暴走迦楼罗   (发表于 2012-02-06)

  这篇算是宇宙学科普的序么？

• 卢昌海   (发表于 2012-02-06)

  不是， 这些每月一篇的专栏短文彼此是独立的， 一般都跟近期的科技新闻有关。 当然， 偶尔可能会有主题相关的——比如 下一篇 跟这一篇就略有些相关， 不过那只是碰巧。

• 网友： 宇澄   (发表于 2012-02-06)

  根据我对这主题的一知半解来批评几句。 那张照片应该是电脑合成的。 而且我看所有这类海岸线如此清晰， 灯光如此夸张， 天空没有一丝浮云， 刚好照了半边地球夜景， 但地球和星空背景却有一个光圈的照片都不是实景。 假如我的判断没错的话， 登在杂志上就应该说清楚， 不然会误导读者。 还有我认为那两位美国科学家的胡思乱想其不着边际可以说挨得上民科了。 想想现在人类所知道的那几百颗太阳系外的行星本身还没有一颗是能直接用光学手段观察到的， 枉论看到那上面智慧生物的发光。 至于说根据柯伊伯带天体的亮度来推出那上面有能制造光的智慧生物， 如果这话是一百年前的人说的， 我会认为他有想象力， 现在还这么说就是伪科学矣。 观察到的天体的亮度除了跟远近有关系， 还跟其大小和物质构成有关嘛， 一个同样大的冰球跟碳球比当然是前者亮了， 并不等于冰球上有生物在发光的。

• 卢昌海   (发表于 2012-02-06)

  那照片不是登在杂志上的， 只是用在我网站上， 是来自 NASA 的。 那照片确实是处理过的， 不过这处理在性质上我觉得就跟那些著名星云图片所用的假彩色 (false color) 差不多， 在使用时通常是不加说明的。

  至于那两位美国同学以柯伊伯带为搜索目标的观点， 如我在文中所说， 我也认为是胡猜。 不过宇澄兄误解了他们的意思， 他们建议的并不是比较不同柯伊伯带天体 (那种比较正如宇澄兄所说， 跟天体的大小和物质构成有关)， 他们指的是跟踪每一个天体， 观测它们亮度随距离的变化。 这依然有点扯， 但没有宇澄兄所说的那么扯。

  另外， 这些专栏文章编辑要求别写得太严肃， 因此我有时会有意挑一些有争议的东西加以介绍和评论。

• 网友： 宇澄   (发表于 2012-02-06)

  呵呵， 算是我中文生疏， 误解了卢兄文中的意思吧。 就象我上面打的 “枉论”， 实应是 “遑论” 才对。

• 卢昌海   (发表于 2012-02-06)

  汗…… 我回过头去看我的文字， 发现确实也可以象宇澄兄那样来解读。 待我回家后对措辞略作修正， 以避免歧义。 可惜书面版本没法修正了。 我一般倾向于先发网络版， 这样疏漏有可能被提前发现， 可惜杂志喜欢由他们首发……

• 网友： 快刀浪子   (发表于 2012-02-22)

  昌海兄， 像外星灯光这么冷门的题材， 这篇论文估计在学术界也没什么影响。 是怎么被你们注意到的呢？

• 卢昌海   (发表于 2012-02-22)

  为了这个专栏的需要， 我订阅了几个科技网站的 rss， 我的浏览器会实时显示那几个网站的科技新闻， 我每个月挑一条来进行介绍及评论。 因此被我选中的一般只是引起过媒体兴趣的东西 (这也正是专栏所需要的类型)， 而未必是学术上重要的。

• 网友： 快刀浪子   (发表于 2012-02-23)

  那些媒体记者又是怎样发现这些文章的呢？ 他们不会天天去看大量的论文吧？ 还是学术界有人报料？

• 卢昌海   (发表于 2012-02-22)

  估计两方面都有。 现在的有些科学家跟过去不一样， 懂得了主动利用媒体造势。 不过更大地可能性是科技媒体的记者每天会看一眼学术预印本网站的论文标题及简介， 从中发掘新闻话题。

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