中国作家刘慈欣轰动一时的科幻小说《三体》中描写了住在距离太阳系4光年外的半人马座里面的”三体星”文明。现在美国航天局计划发射能够探测39光年以外智慧生命迹象的太空望远镜。

这部曾获科幻文学作品的雨果奖,英译本成为畅销书的《三体》里面还提到描述宇宙丛林法则的”黑暗森林”理论以及宇宙社会学,引起读者极大兴趣。

BBC科学撰稿人尼科尔斯博士(Jonathan Nichols)说,美国宇航局的詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)一旦进入轨道位置,在距离地球150万公里处围绕太阳运行,将带来一场天文学革命。不过即使按照目前的计划,能在2021年发射这种红外线太空望远镜,这个时间也比原定计划晚了14年。

美国航天局说,这种望远镜能够”回溯时间,看到早期宇宙中形成的第一个星系。似乎这还不够,科学家现在甚至推测说,最终将接替著名的哈勃空间望远镜的新型望远镜带有有6.5米的金色反光镜和极其敏感的照相机,因此它还具有另外一个神奇的功能。

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Image caption如果地球上的所有生命明天消失,那么我们的大气层也会发生变化。

詹姆斯·韦伯空间望远镜还能够探测到外星生命迹象,能够测出是否绕行附近恒星的行星大气是否由于生命存在而发生了改变。

尼科尔斯博士说,尽管如此,在2011年这个项目几乎被美国政府取消。主要的原因可能是其高昂的费用。预计望远镜的费用将高达100亿美元,而不是最初计划的10亿美元。

华盛顿大学的研究人员建议利用这个望远镜进行”生命探测”观察,他们对此前景感到振奋。

如何探测外星生命

华盛顿大学的天文学家约书亚·克里桑森-托顿(Joshua Krissansen-Totton)及其研究小组成员在研究这种望远镜是否能够在附近恒星周围的行星大气中探测到所谓的”生物标记”。

克里桑森-托顿说,“我们能够在今后几年中进行这种探测生命的观察。因为JWST望远镜对光线十分敏感,它能够测到所谓的”大气化学不平衡”。

这个术语十分拗口,但尼科尔斯博士说,这是个由来以久的概念,著名的英国科学家詹姆斯·洛夫洛克和美国天文学家卡尔·萨根都提到过这种概念。

其原理是,如果地球上的所有生命明天消失,那么我们大气中许多气体就会经过自然的化学反应,大气会缓慢地恢复到不同的化学混合。

但是地球上的有机物不停地阻止地球大气回到这种状态,因为有机物生存其间不停地向大气排放废气。

因此寻找氧气迹象(或其化学相关物臭氧)一直被认为是发现生命的途径。但是也不能依赖以下假设,即外星生命和我们一样按照同样的生物学法则生活。

外星生命可能不一样。因此评估大气化学不平衡,寻找其它气体,弄清从某个行星大气”正常”状况偏离的程度,这可能是发现某种外星生命的关键。

环绕另外一个恒星运行的行星的大气构成可能用光测量,在这颗行星穿过地球和它的恒星中间的时候,仔细测量星光的微弱变暗程度就能弄清其大气构成。

光线不同的波长,颜色和强弱能够显示行星大气的不同气体的的化学构成。

All seven planets are thought to have Earth-like characteristics图片版权NATURE
Image caption尼科尔斯博士说,2017年发现TRAPPIST-1恒星曾引起轰动,因为当时人们发现这颗恒星周围有7个像地球大小的行星

比”三体星”更远

如果用望远镜观测名为TRAPPIST-1的像木星大小的恒星的行星,克里桑森-托顿对此作了模拟数据研究。这是一颗距离太阳系39.6光年的恒星。而在《三体》小说中想象的距离太阳系最近的外星文明只有4光年之遥。

尼科尔斯博士说,这个恒星在2017年曾引起轰动,因为当时人们发现这颗恒星周围有7个像地球大小的行星,其中几个行星上面还有液态水,因此可能有生命存活的可能性很大。

华盛顿大学的研究人员预计,詹姆斯·韦伯空间望远镜能探测到那个恒星的第四个行星TRAPPIST-1e的大气中甲烷和二氧化碳的多少,测量方法是根据不同气体对不同波长光线的影响,测出气体的多少。

克里桑森-托顿解释说,一旦做过上述测量,就能提出以下问题:测量的结果能不能用任何已知的非生物过程来解释?

他说,行星大气,包括地球的大气,受到许多非生物过程的影响,诸如火山活动。因此如果TRAPPIST-1e行星的大气被发现反常,而且研究人员可以排除非生物的影响,然后他们就能宣布存在外星生命。

詹姆斯·韦伯空间望远镜这种”新一代太空望远镜”以美国航天局第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名。詹姆斯·韦伯在1961-68年曾主持阿波罗计划等一系列美国重要的太空探测项目。

《三体》图片版权XINHUA
Image caption刘慈欣在《三体》中也对费米悖论做了自己的解读,他把宇宙比作”一座黑暗森林,每个文明都是带枪的猎人”。

詹姆斯·韦伯空间望远镜是以美国航天局为主,欧洲和加拿大太空机构参与合作的联合项目。尼科尔斯博士是英国莱斯特大学的行星专家以及2018年英国科学联合会的媒体研究员。

宇宙生命与科幻

2009年发射的开普勒宇宙太空实验室发现,银河系中和地球大小相近的行星,以合适的距离,围绕着同太阳大小相仿的恒星旋转的行星可能有十多亿。而广袤的宇宙里面有1000亿个类似银河系的星系。照此推理,宇宙中像地球这样适合生命居住的行星应该多得不能胜数,但人类为什么还没有找到外星人呢?

这个问题就是费米悖论(Fermi paradox)的意思,即宇宙中外星生命存在可能很高的估计以及缺乏外星生命存在的证据之间存在不能解释的矛盾。

有调查说,过半地球人相信有外星人存在。以外星人为题材的科幻作品,诸如外星人,火星人,异物,阿凡达等电影,以及中国畅销科幻小说《三体》都吸引了大量票房和读者。

但是最近研究人员说,人类可能是可认知宇宙中唯一的智慧生命。这个结论让然会让科幻迷,外星文明的粉丝大失所望。多国研究人员最近发表的研究涉及费米悖论(Fermi paradox)以及为什么宇宙中似乎只有人类存在的问题。研究人员现在认为,人类在我们自己的银河系中是唯一生命的几率高达30%。

刘慈欣在《三体》中也对费米悖论做了自己的解读。他把宇宙比作”一座黑暗森林,每个文明都是带枪的猎人”,像幽灵一般在林中潜行的猎人,担心被别人发现,彼此恐惧… 因此宇宙文明只要彼此发现,最可能发生的事情不是打招呼问好,而是要消灭对方以求不被消灭。