李良：外星人在哪儿——地外生命探索（2）-米儿火

什么是宇宙？据中国古书上讲，上下四方曰宇，古往今来曰宙，也就是说，“宇”表示空间，“宙”表示时间。现代科学对宇宙有了更为深刻的认识，一般称作“时空”。

1609年，意大利著名科学家伽利略制作了一架放大倍数为32倍的小型望远镜，其口径只有不到5厘米，并由此取得了很多科学发现。伽利略望远镜的出现结束了人类肉眼观天的时代。虽然望远镜在1608年就已经出现，但当时的人们只用望远镜来观测距离，或者用于海上航行，并没有人用它来观测星空，而伽利略开创了人类用望远镜探索宇宙的新时代。同时，伽利略最早发现了金星有圆缺与大小的变化。

（图2）

这是现代地面天文台观测室示意图（图2）。需要观测时，人们会打开天窗；如果天气不好时，就关闭天窗。

现代天文学家还把望远镜放到了太空。由美国宇航局研制而成的哈勃望远镜主镜长2.4米。2021年，韦伯太空望远镜发射升空，它的主镜口径达6.5米，重量只有6吨左右。

（图3）

这是太阳系示意图（图3）。太阳的质量占整个太阳系的99.8%。八大行星是太阳系的八个大行星，按照离太阳的距离从近到远依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。在火星和木星之间有小行星带。在地球上，肉眼可以看到的行星有五颗——金星、木星、水星、火星、土星。

（图4）

这是太阳系八大行星示意图（图4）。

天文学家为了研究方便，把太阳系八大行星分成两大类：一类是类地行星，包括水星、金星、地球和火星，因为它们都有坚硬的岩石的地壳；另一类是巨行星，包括木星、土星、天王星和海王星，它们以气体为主，体积非常大。2006年，国际天文学协会术语委员会正式决定以后不再称冥王星为“行星”，而是称其为“矮行星”。

太阳系中有没有地外生命？天文学家非常关注这个问题。早在20世纪60年代，美国就发射了一些探测器，分别探访了水星、金星、火星、木星、土星、海王星等，结果发现在太阳系中只有地球存在生命。研究发现，最早的化石形成于35亿年前，也就是地球诞生后的几亿年内。通过研究人们发现，从细菌到人，一切生命都是因为利用了水的特殊性质才得以存活，地球表面70%以上被海水覆盖。地球绕其自转轴自西向东不停地旋转。地球自转轴简称地轴。地球围绕太阳公转时，地轴是倾斜的，其北端始终指向北极星。还有研究表明，人类起源于非洲，因为人们在非洲发现了最古老的人类化石。人类在不断的劳动中创造、发展文明。

（图5）

这就是地球。1972年12月7日，美国宇航局为庆祝地球日，公布了这张由阿波罗17号拍摄的地球照片（图5）。地球的直径约为1.3万千米。在夜晚，人们看到满天的星星中，大多数都是恒星。夜晚能看到的恒星，几乎都处于银河系内，而银河系大约有四千亿颗恒星。

（图6）

这是大熊星座和小熊星座（图6）。北斗七星在大熊星座。如果我们先找到了北斗七星，由斗勺的前面两颗星向前延长五倍，我们就看到了北极星。北极星是最靠近北天极的一颗恒星。

（图7）

全天中最亮的恒星是天狼星，它属于大犬座（图7）。

（图8）

这是一张冬夜星空的照片（图8）。人们常说“三星高照，新年来到”，是指在天黑后不久，看到这3颗星位于正南方天空的时候，新的一年就来到了。猎户座是北半球冬季最显著的星座之一。参宿三星指的就是猎户座中的参宿一、参宿二和参宿三，也称“猎户三星”。这三颗星恰好在猎户座的“腰部”，均匀地排成一条线。大犬座的天狼星、小犬座的南河三及猎户座的参宿四构成一个三角形，也就是“冬季大三角”，它是冬季夜晚星空的主要景象。

（图9）

星座只是平面投影，同一星座的不同恒星彼此相距可能极为遥远。在这张图（图9）中我们可以看到猎户座每颗星的距离是不同的，有的距离地球约500光年，有的距离地球约1500光年。

（图10）

这张图（图10）展示的是一个小姑娘作为一个观察者在仰望星空。

（图11）

在晚上，如把照相机固定，取景框中心对准北极星附近的天空进行长时间曝光，就可以得到一张北极星附近星辰运动的照片（图11）。这是地球自转引起的。

（图12）

这是三球仪的示意图（图12），红色球代表太阳，黄色球代表地球，白色球代表月球。地球的强大引力拉着月球一起围绕太阳公转。月球离地球最近的时候只有35.7万公里，而月球离地球最远的时候可以达到40.6万公里。我们熟悉的其实是平均距离，大约是38.5万公里。

（图13）

这张图（图13）向我们展示了日地平均距离。日地平均距离是1.496亿千米。如果一个人步行从地球到太阳需要4267年，如果乘坐火车需要85.4年，如果坐飞机需要17.1年。以地球到太阳的平均距离为一个天文单位，一天文单位是1.496亿千米。同时，“光年”也是天文学上常用的距离单位，表示光在真空中传播一年的距离。真空中的光速（C）每秒约29.9万千米，再乘以365天、24小时、60分钟、60秒，通过计算就得出了一光年的距离，即9.46万亿千米。在天文学上计算星球之间的距离通常用“光年”作单位。

（图14）

这是侧看银河系图及银河系俯视图（图14）。在银河系俯视图中可以看到人马臂、猎户臂、英仙臂、天鹅臂。银河系直径约10万光年。

从宇宙的大体结构来看，地球属于太阳系，太阳系属于银河系。银河系外还有很多河外星系，仙女座星系是其中之一，这两个星系相距较近。而相距很远的星系彼此间的引力远小于空间膨胀的力，这让它们彼此背离而去。

瑞典科学家阿列纽斯是第一位提出地球上的生命起源于太空的人，他相信生命来自附着在彗星尘埃微粒上的有机体，当彗星与地球相撞时，这些小组织来到地球并形成了生命。

（图15）

（图16）

这是在南极发现的火星陨石，编号为ALH84001（图15）。科学家们在对该陨石的分析中，发现了一些蠕虫状的管状结构（图16）。由此科学家们推测，火星早期可能有生命。

（图17）

这就是火星（图17）。人们把火星南北两极都覆盖着的白色的冠状物叫火星极冠，极冠含有水冰和二氧化碳干冰。火星的表面含有大量的铁锈和氧化铁，所以火星的颜色看起来是红色的。此外，火星上还经常发生风暴，也就是火星尘暴。

“机遇号”火星探测器于2003年7月7日发射，2004年1月25日安全着陆火星表面。“火星快车”探测器拍摄的图像显示火星表面疑似有河流痕迹。

中国也进行了火星探测。2020年7月23日，长征五号遥四运载火箭在中国文昌航天发射场发射升空，经过2000多秒的飞行后，成功将中国首次火星探测任务天问一号探测器送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。2021年3月4日，国家航天局发布3幅由我国首次火星探测任务天问一号探测器拍摄的高清火星影像图。2021年4月24日上午，国家航天局正式公布我国首辆火星车命名为“祝融”，全称“祝融号”。2021年5月15日7时18分，天问一号探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星取得成功。2021年5月22日10时40分，祝融号火星车安全驶离着陆平台，到达火星表面，开始巡视探测。

（图18）

这是南半球上方火星影像（图18）。南半球影像由天问一号中分辨率相机于北京时间2021年3月16日拍摄，此时环绕器轨道高度约1.12万千米。

（图19）

这是北半球上方火星影像（图19）。北半球影像由天问一号中分辨率相机于北京时间2021年3月18日拍摄，此时环绕器轨道高度约1.15万千米。

很久之前，人们就开始猜测火星上是否有外星人。美国还拍摄了一部科幻电影——《火星叔叔马丁》。斯皮尔伯格执导影片《E.T.外星人》中也塑造了外星人形象。“外星人”的学名为“地外智慧生命”或“地外文明”，英文简称“ET”。1878年1月，美国得克萨斯州一位农场主马汀在田间忽然望见空中有一个圆形碟状的物体在飞行。1947年6月，美国联邦警察局长凯尼恩·阿诺德驾驶飞机时，发现有9个闪闪发光的耀眼物体排成梯形，从他的飞机前方由北向南飞去。他的描述是，“每个飞行物都跳跃式地前进，就像水上打漂的碟子”，“估计它们的半径为15米左右”。1954年12月，4名当地人在意大利西西里岛上空看到了2个不明飞行物。1981年10月，汉纳·麦克罗伯茨在加拿大温哥华岛东海岸的克勒斯湾附近拍摄了一张照片，当时他看到了附近山峰上面出现一处怪异的云彩，当照片冲洗出来后盘状物体才变得清晰可见。对于不明飞行物，全人类都很好奇。但是经过科学分析，人们否定了不明飞行物是外星人派来地球的说法。

“地外生命在哪里？他们为什么不在白宫草坪上着陆，欢迎人类加入银河俱乐部？”意大利物理学家、诺贝尔物理学奖获得者费米早在1939年就提出这样的疑问。科学家推论，假定银河系（约有两三千亿颗恒星）里存在智慧生命即可沟通的文明，应能够持续约500万年的繁衍，那就意味着银河系里的智慧文明星球可能有500万颗。也有的科学家认为，银河系具有文明的星球数目可能达到2500万颗。当然，这种推测相当粗略。

为了探索外星人是否存在，科学家们陆续派出了一些“使者”，也就是探测器。先驱者探测器上携带着一块载有人类讯息的镀金铝板，铝板上刻有人类男女形象。1977年，美国航天局发射了“旅行者一号”和“旅行者二号”探测器，它们各自携带了一张称为“地球之音”的唱片，上面录制了丰富的地球信息，包括世界不同民族的音乐、问候语，以及地球形状、人体构造等。唱片还有时任联合国秘书长库尔特·瓦尔德海姆的问候。

（图20）

这是木星的卫星（图20），叫木卫二。木卫二的表面有冰冻的外壳，表面的条纹是冰壳反复破裂形成的裂缝。科学家分析，木卫二上可能有类似的细菌存在，当然这只是一种推测，仍需要探测器的探测。土卫六是土星的卫星，也叫泰坦星。土卫六可能有巨大的甲烷湖。

用射电天文方法寻找外星人。所谓的射电，就是用无线电的方法探测遥远的天体。美国天文学家弗兰克·德雷克是搜寻外星人的开拓者，并写出了著名的“德雷克公式”。阿雷西博望远镜修建于1963年，镜面直径305米，深度51米。1974年，科学家用阿雷西博天文望远镜发射了著名的“阿雷西博信息”，期望银河系里有生命的天体上的智慧生命能够收到这一信息，这是一个大胆的尝试。如今，阿雷西博天文望远镜已经坍塌。

2016年9月25日，全球最大的500米口径球面射电望远镜（FAST）在中国贵州一处偏远的大山深壑竣工，成为我国重大科学基础设施工程建设史上的一座里程碑，在全球大型射电望远镜的建造史上创造了新纪录。2020年1月11日，被誉为“中国天眼”的FAST通过国家验收，正式开放运行。这台500米口径球面射电望远镜，世界最大、灵敏度最高，能收到100多亿光年以外的电磁信号。

我们再来看弗兰克·德雷克，他多年来领导搜寻外星人的工作，并提出了著名的“奥兹玛计划”和“太空多通道分析计划”。1977年8月15日，美国俄亥俄州立大学的射电望远镜从人马座方向采集到一个明显的窄频无线电信号，长达72秒。科学家非常惊讶，他们写了“Wow”表示他们的惊讶。因为发射这样的信号需要使用一个22亿瓦的发射台，这个发射台比当时地球上的任何无线电发射台都强得多。这是被发现的最有可能来源于地外文明的信息。

前面讲到，1974年科学家用阿雷西博天文望远镜向银河系发送了信息，这是为了让外星人尽早发现我们，通过向太空深处发射定向无线电信号，将地球人的存在告知外星人。它的发射目标是哪里？是武仙座球状星团M13。

（图21）

这张图是武仙座球状星团M13，其中有30万颗恒星（图21）。

“阿雷西博信息”于1974年11月16日以2380兆赫的频率和10赫兹的有效带宽向球状星团M13传输。考虑到这个星团有30万颗恒星，如果那里有智慧生命，那么向该星团发射这个信号它们应该能够收到，整个传输过程持续了不到三分钟。“阿雷西博信息”由1679位二进制数字组成。信息内容是关于地球生物的知识，包括1到10的数字、原子序数、DNA的结构、人类DNA中的碱基数目、DNA的双螺旋形结构、地球上的人口总数、太阳系、阿雷西博天文台射电望远镜的抛物面天线等等。当然，对于有没有外星人、外星人能不能收到、收到后能不能看懂，这就是另外的问题了。

2022年，平方公里阵列射电望远镜（SKA）正式开始其建设阶段的工作，这一预计将于2028年建成的全球最大规模综合口径射电望远镜项目，被英国广播公司称为“21世纪最伟大的科学项目之一”，也被称为“世界巨眼”。

李良中国科普作家协会演讲专业委员会专业委员

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地球之外还有生命吗？特别是还有类似于人类这样的智慧生命吗？这是人们特别关心的自然问题之一。为了寻找外星人，科学家做了许多理论探索和搜寻，包括利用多种探测技术寻找系外行星。

一、宇宙天体与地外生命

（图1）

北京天文馆（图1）是一个大型的天文科普基地。其中，设在天象厅里的天象仪，能在穹形的屋顶银幕上构成逼真的“人造星空”。

我国非常重视天文工作。中国科学院国家天文台成立于2001年4月，由中国科学院天文领域原四台三站一中心撤并整合而成，包括总部及4个直属单位，总部设在北京。中国科学院国家天文台兴隆观测基地隶属于中国科学院国家天文台和中国科学院光学天文重点实验室。其中的郭守敬望远镜功能强大。我国还有中国科学院紫金山天文台和佘山天文观测台。

北京天文馆展出的陨石——南丹铁陨石，它于1516年6月降落，1958年发现于广西南丹，重680千克，属于铁陨石中粗粒八面体类型。

我们知道，太阳系中有很多小行星，特别是在火星和木星轨道之间有几十万颗小行星。地球大气层厚度约1000公里以上，有效地保护了地球生物。一些小天体在坠落过程中，与地球大气层发生剧烈摩擦，在这个过程中，比较小的天体在大气层中就烧毁了，而没有完全烧毁的则落到了地面，也就是陨石。

我国在天文和空间探测上已经取得了长足进步。2020年12月2日，探月工程嫦娥五号探测器顺利完成月球表面自动采样。

二、寻找类地行星及太空深处的新发现

科学家们花了很大力气寻找银河系中的类地行星，包括使用功能强大的望远镜、空间探测器等。詹姆斯·韦伯太空望远镜是美国航空航天局、欧洲航天局和加拿大航空航天局联合研发的红外线观测用太空望远镜，于2021年12月25日发射升空。2022年1月24日，詹姆斯·韦伯太空望远镜顺利进入围绕日地系统第二拉格朗日点的运行轨道。

从1992年人类确认第一颗系外行星，到2022年9月6日，人类共确认至少5471颗系外行星。发现系外行星的方法主要有以下四种：第一种是凌星法或凌日法，第二种是径向速度法，第三种是微引力透镜法，第四种是直接成像法。用这四种方法发现的系外行星约占总数的97.88%。

（图22）

如果行星轨道正好位于观测者视线方向上，就会看到行星经过恒星的前面，因为受到行星的遮挡，恒星的亮度会下降（图22）。通过这种方法可以发现系外行星。行星挡在恒星前面时会导致恒星的亮度稍微降低，如果观测到连续3次凌日，就可以确定它是一颗凌日行星，从而得到它的轨道周期、大致的大小等信息。

（图23）

1995年10月，瑞士日内瓦天文台的天文学家在飞马座51周围发现了第一颗太阳系以外的行星。这是一幅系外行星的太空画（图23）。

2009年3月，“开普勒”太空望远镜发射升空，它的主要任务就是帮助科学家们观测和寻找系外行星。开普勒是德国著名天文学家，他发现所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，提出行星运动三大定律。开普勒太空望远镜的命名也是为了纪念开普勒。

（图24）

这张图是开普勒太空望远镜的结构示意图（图24）。它的外部有太阳电池阵、遥测部件、光度计电子学部件、固体存储器、高增益天线、推进器、电子学部件、跟踪器、光度计等。望远镜上部的光度计构造中，有1.4米直径主反射镜、遮光罩等。开普勒太空望远镜配有太空光度计（有口径95厘米透镜），使用太空光度计观测，计划用3.5年在绕行太阳的轨道上观测10万颗恒星的光度，从而搜寻是否有行星凌星现象。