作者：环球科学

你对地外生命的探索感到好奇吗？说到这个话题的话。科幻迷们一定会想到一部电影叫《超时空接触》，这部电影可以说半改编自卡尔·萨根的《接触》，因为这个剧本就是卡尔·萨根本人写的。

卡尔·萨跟撰写的《接触》

大概在1979年萨根就开始构思这部电影的原型了。只不过这部电影中间遭遇了一些变故，从开始写一直到97年才正式拍出来。那个时候卡尔·萨根就已经离开我们了，他可能没有看到最终的成片。

《超时空接触》电影海报

但这依旧不影响这部电影是一个非常优秀的作品。尤其是那位女主演，我觉得演得特别好，演出了那种又绝望又期待的心情。所以，后来当我知道这个角色是有一个原型的时候，还蛮震撼的。没有想到真实世界中真的有这样一位科学家。

女演员叫茱迪·福斯特，是一位很出名的演员，她的原型也是来自美国的一个地外文明探索的机构叫做SETI（Search for ExtraTerrestrialIntelligence），而她就是这个机构的创始科学家，叫吉尔·塔特。

吉尔·塔特

吉尔·塔特当时花了很长的时间做地外生命的探索。美国加利福尼亚那边有一个叫做艾伦射电望远镜阵列的地方，就是他们筹资做的一个射电阵列。他们可以通过这个射电望远镜阵列来开展搜索地外生命信号的研究。

艾伦射电望远镜阵列

在这个电影里其实也提到了远在波多黎各的阿雷西博射电望远镜，它在SETI的工作中也起到了很大的作用。而且当时科学家还通过这个望远镜向地外发射过一份信息。

科学家在上世纪七八十年代的时候做了很多疯狂的事情，比如说阿雷西博信息。在1974年，科学家通过阿雷西博射电望远镜曾发出过一段信息。阿雷西博信息里提到了数字，提到了人类的DNA，提到了地球在太阳系中的位置，甚至提到了发射这段信息所用的射电望远镜，以及它的大概规模。如果这个信息真的是被外星人收到的话，很有可能因此知道很多地球上的信息。

阿雷西博射电望远镜

当时信息发向了一个恒星非常密集的地方，叫做球状星团的梅西耶13号。那一片距离我们特别远，短时间内应该不会被谁接收到。当时可能完全没有考虑要不要这么冒险的问题。现在《三体》火了以后，大家都开始讨论这样的行为有多冒险。

阿雷西博信息

回过头来，我们发现，外星生命探索其实也涉及到两个点——科学家在探索外星文明的时候，一般情况下会分为两种方式。第一种方式可能就像我们之前提到的，假设外星文明已经先进到能够发射电磁波，我们就可以在地球上通过一定的射电设备或者是其他的一些方式去搜索电磁波，然后看一下电磁波里面有没有一些所谓的结构性的东西。一旦有结构性的东西的话，它可能就代表着信息，或许就是智慧生命传来的。

当然还有一些其他的方向，比如说我们主动寻找一些外星文明的特征，其中最经典的可能就是戴森球。戴森球的概念是弗里曼·戴森在1960年以前提出来的，那个时候大家其实也是陷入了寻找外星人热。所以会想，如果一个外星文明它已经达到了一定的高度，它在使用能源的时候会有一些什么样的行动？

弗里曼·戴森

根据一型文明、二型文明、三型文明的分型，发现如果他达到了二型文明，要使用它整个恒星的能量，他可能会设置一个吸收所有太阳能的电板，罩在他们的恒星上，尽可能地去吸收太阳发出来的能量。这样造成了一个问题，在我们收集到的信号中，太阳的光就不那么恒定了，可能会表现出人为改变它光线的特征。一旦发现这种信号，我们可能会觉得有人在利用太阳能，而能够达到这样的级别去利用太阳能的文明，可能是一个非常高级的文明。

这让我想到之前看到一个很有意思的事情，最开始人们会用凌星法来观测地外行星。凌星法是因为大部分情况下，你看到远处的恒星是比较清楚的，恒星会发光，但是你很难直接看到行星，但是如果行星正好运动到你和恒星之间的话，它就会稍微遮掩一部分恒星的光芒。

通过亮度的变化，就能分析出一些关于行星可能它运动周期它的大小的一些数据。之前有人很偶然地发现有一颗行星在路过它的恒星或者说它的太阳的时候，一下子太阳的亮度变化非常大，可能降了10%~20%。所以当时人们就很激动，说会不会有可能这个是行星上的人建了一个已经有一点类似于戴森球的构造了，然后把太阳的光线挡住了。但是后来经过长时间的讨论，大家认为，是一些星际灰尘遮挡了恒星的光芒，而不是我们所期望的一些文明的造物。

如何寻找外星生命

以上很多尝试还是基于地球上人类的文明为蓝本来探索的。我觉得之前有一个说法就很好，你很难去想象一个没有见过的东西，一个你从来不知道是什么样的东西。之前也有一个说法，如果你丢了一件东西的话，可能你喜欢在路灯下寻找，这是一个习惯性的动作。但实际上在探索外星文明的时候，我们可能有很多不一样的点，他们的生活环境，他们的形成方式，甚至他们的文明的进程可能都跟我们地球文明的完全不太一样。

但是科学家在寻找的时候其实也没有什么办法，比如说常规的思路，我们首先去寻找一个宜居的行星，这也是无论是开普勒计划还是之前的很多计划在做的事情。然后找到了行星以后，我们再看它是不是在宜居带，宜居带证明它的水能够在0℃左右存在（或者在当地的气压下以液态形式存在），有了这样一个条件以后，我们才去考虑它的大气成分是怎么样的。

如果这个上面的文明并不是一个智慧文明的话，之前科学家还在觉得，但凡它上面显示出了氧气或者甲烷，会觉得这是一个生物改造的行为，然后也是把它作为具有生命存在的一个比较好的指征。但实际上后续的科学研究发现，它可能也并不是。因为很多的自然现象，其实也可以在大气中生成氧气和甲烷。虽然它是一个高活性的物质，之前一直认为它可能会被消耗掉，无法长时间存在。但实际上它也可以通过一些地质活动或者是一些其他的行为不断产生，充盈在大气里。所以目前来讲，科学家已经不再明确地使用这两点作为外星生命存在的一个典型特征了。

但是寻找外星生命这个事情还要继续，所以科学家们我感觉他们更像是真的有点像大海捞针，大家可能会去寻找各种各样的，它有可能会反映生命活动的一些规律，一些痕迹。

全新的装配理论

其实在国际上现在有很多的研究所也在做类似的事情，比如说在有一篇文章里边提到的未知生命信号实验室，就在做这个事情，它的简称是LAB（Laboratory for Agnostic Biosignatures），他们可能就会想着用更根本的方式去区分这个所谓的自然行为和生命行为。

里面提到的一些概念给我的印象非常深，其中一个是去年提出来的。有科学家提出了装配理论，这个理论主要是去判断分子的复杂度。比如说拿奥陌陌这个名字举例，装配理论认为，如果你想把奥陌陌就是这一串字符拼出来的话，你首先要在o后面加一个u——这是第一步，然后后面加一个m加一个u加一个a，然后mua这3个字母它可以被视为1个组合，然后你现在相当于再往后面再加1个mua这个组合。所以一共你就相当于加了5步。

那么奥陌陌这个系统，它的装配复杂度它就是5，他的一个核心思想就是他认为如果是跟生命有关的分子的话，那么它的复杂度应该更高，尤其是它在测试了很多的分子，然后总结出来发现如果它的复杂度已经超过15了，那么他有很大可能性，就是一个跟生命有关的分子。

他们也做了一些模型计算，就认为如果它复杂度超过15，那么它在自然情况下直接生成这样分子的可能性可能只有10^23次方分之1，就是一个非常小的概率。

NASA专门考了考这个科学家，他们拿了拿了很多种样品，然后不告诉科学家这些是什么，让他自己去分辨这里面分别是什么。里面有很多测试样品还是会让你感觉蛮难为人的，比如有一个是1400万年前的化石样本，你想都已经变成化石了，就从地质学上来看它都已经石化了。按理说我们可能会认为它和岩石的成分其实没有什么区别。但实际上它还是有办法去区分。另外还有一个样本是来自于陨石的。那就是莫奇森陨石，它有一个特点，上面其实有很多有机物。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复杂。这个测试中，装配理论也明确指出，这个成分不是生命的成分。所以从整体上来讲，装配理论在目前的测试环节来说是可以比较好地区分，哪些是通过生命形成的，哪些并不是。

莫奇森陨石

最开始刚看到这个理论的时候，可能还觉得稍微有一点太理论了，但是你看到他后面做的这些测试居然真的能成功，似乎又会对它产生兴趣。因为本质上它的理论的基线就是在于，他认为达到某一个复杂线以上的物质，一定是由生命的活动造成的。所以这个事情在宇宙环境中是不是通用，我觉得其实也是一个打问号的事情，但他在总结出装配数的时候，其实是通过了一些真真正正的哪些是生命的，哪些不是生命的，总结出了这样一个标准。所以从经验的角度来讲，这个可能是有效的，只是它未来是否继续有效，我们可能还要经过进一步的验证。

从另一个角度讲，如果探索对象特别近的时候，比如说像我们的月球火星这些地方的时候，我们其实是可以派探测器，然后到这个地方去真实的去验证一下环境里边有没有水，有没有复杂的分子，以及有没有一些生命留下的痕迹。但是如果过远的话，我们可能会通过一些远程的方式来做了。

在火星上其实已经做了很多的原位实验。科学家在20世纪70年代的时候在火星上做了一个放射性碳14的实验。他们把放射性碳14混杂到了火星的土壤里，作为实验组，然后对照组他们是给土壤经过了160℃的高温消毒，我们姑且假设160℃足够消灭掉火星上的微生物。

但是结果真的很厉害，他们发现这个实验组，也就是没有经过高温的这一组，它真的释放出了含有放射性碳14的二氧化碳，另一组就没有。但是问题又在于同期的其他探测，尤其是一些就是原位寻找有机碳的一些努力，都没有结果，所以相当于这个实验它就是一个孤证，然后我们很难根据这一个实验，就说它可能有效。

锁钥结构

还有另一个问题，就是我们所有的这些其实都还是限制在我们地球的一个生命体系当中，或者说我们可能现在的探测技术还是会限制在地球生命体。

这算是一个目前比较难以走出去的困境，虽然说我们一直在强调说要以更本质的方式去认识生命与非生命的区别，然后以更本质的、不以地球为蓝本的方式去做一些识别。刚才我们提到了比如说像提到的装配理论，也是在做这样一些尝试，但是目前可能还是有不少路要走。而且除了装配理论以外，其实还有1到2个方式来也是在做这方面的工作的。

比如说“锁钥结构”，我觉得这个理论很有意思，它认为，在自然界里，虽然复杂的矿物能够形成一些比较规律的排列，但它这种规律的排列也是比较机械化的，但是如果它是一个生命结构的话，它可能需要有一些比较灵活的结构，就是像锁和钥匙之间的这种能够扣在一块的，或者说能够巧妙结合在一起，能够靶向的一些结构。这样结构可能跟生命的活动有本质的关系。如果一个物质里大量存在这样的结构，它可能跟生命活动相关。这个理论不在乎这些东西是硅基的碳基的还是怎么样的，它可能希望通过一些结构化的东西来判定这个东西跟非生物的东西有什么样的区别，然后以此来做一个系统化的评判。

刚才我们提到的锁钥结构其实就在讲，在一般的非生命的物质层面，可能也存在一定的结合点，但是这种精细的结构并没有达到一定的阈值。但是如果你是一个生命的行为，一个主动的生命的行为的话，因为复杂的生化需求，可能有大量的这样的锁钥结构，以至于它可以完全的跟周围的这种非生命的物质区分开来。

但是当然这也是一个理论层面的讨论，已经抛开了我们认识的生命，只是从一个生命特别本质的一些现象方面去找到它的共同点，然后提出这样一个理论。

总而言之，虽然地球那么小，都已经有这么多生命了，宇宙那么大，如果只有我们那岂不是——太浪费了！

本文为科普中国·星空计划扶持作品

团队/作者名称：环球科学

审核：周晓亮

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来源: 星空计划