转载自2011年1月的《天文爱好者》
作者:钟晚晴

生命出现是天体演化的必然结果

探索地外文明.jpg15世纪时,欧洲的文艺复兴运动引起了人们宇宙观的大革命。哥白尼学说的主要传播者之一,意大利思想家布魯诺毫不含糊地宣扬日心说并且提及“外星人”是否存在问题,他这样写到:“宇宙中存在着无数的太阳,存在着无数绕自己太阳运转的地球,就像我们的七个行星绕着我们的太陌运转似的……。在这些世界上居住着各种生物。”科学大师伽利略率先把望远镜指向星空,继而几百年以来有了一系列天文发现。太空视野的大幵阔常引发人类这样的追问:除了地球之外,茫茫宇宙中还存在别的文明星球吗?如果存在,能否找到人类的知音一智慧生命?

科学家通过研究地球化石发现,早在35亿年前地球上就已有了一种发育得比较高级的单细胞生物,即蓝藻类;根据恒星演化理论以及对地球上古老岩石和陨星物质分析知道,太阳和地球的形成比这种生物的出现至少还要早约十几亿年左右。太阳系自原始星云形成后大约经过50亿年地球上才有人类。此外,科学考察表明,在最近五亿年来(根据化石考查)已经有过五次生命大灭绝,人类是五亿年来最后一次灭绝以后从猿进化而来。天体的环境变化往往决定着许许多多生命的命运,例如6500万年前恐龙的绝灭,据说就是遭遇了寒冷的冰期或地球被一颗直径十几千米的小天体撞击的结果。

从20世纪初以来,天文学的研究成果是显著的,例如关于银河系的许多发现,河外星系及宇宙膨胀的发现,特别是后来发现类星体、星际分子、脉冲星、河外星系超新星爆发等等。在进入空间科学和电子计算机科学时代以来,人们对宇宙天体的研究更加深入,每年都有许多新的天体被发现、探究。

具有理性的科学家确信,生命是宇宙天体在一定条件下发展的必然结果。科学家们认为,生命只能出现在能发出光和热恒星周围的行星上,但并非所有恒星都带有行星。根据太阳系起源和演化的"星云说”,恒星是从自转着的原始星云收缩形成的。收缩时因角动量守恒使转动加快,又因离心力的作用星云逐渐变为扁平的盘状。当中心温度达700万度时出现由氢转变为氦的热核反应,恒星诞生了;盘的外围部分物质在演化过程中会凝聚成数颗行星,其余物质可形成矮行星、以及小行星、彗星等小天体。太阳系探测研究结果表明,水星、金星、木星、土星、天王星、海王星,以及矮行星、小行星和彗星的自然条件恶劣,它们都不是适宜地球生命居住的天体。

说起来,地球上的生命真的是非常奇妙的,正是各种生命的繁衍才使得大地生机勃勃,气象万千。任何生命当然不是神造的,而是天体演化的必然结果。地球人的出现、生存和发展的条件是非常苛刻的:首先是所在的行星要有坚硬的岩石外壳,要有适宜的大气和适合的遄度,要有一定数量的液态水;而且,行星围绕的天体宓须是一颗稳定的恒星。就太阳系来说,地球位于金星和火星之间,距离太阳不远也不近,正好处于生命繁衍的最有利的空间。迄今还没有发现金星、火星、以及其他行星上有生命。电子计算机模拟研究表明,如果星云物质在收缩过程中没有角动量转移,那么不会形成一个中央恒星和周围一些小质量行星,而是会形成双星。在双星系统中即使形成行星,不用多久它们也会落入某颗恒星中,或者被抛入宇宙空间,不可能长期在恒星周围存在。因此,原始星云至少有两种发展的可能:物质保持它原有角动量,演化后形成双星;或者两者在演化过程中恰到好处地分道扬镳,结果生成中央恒星以及绕它运转行星。

向茫茫幸宙发出的地球“名片”

先驱者10号模拟图.jpg

美国宇航局1972年3日2日和1973年4月5日,发射了“先驱者”10号和11号宇宙飞船,这是两艘用核能电池作为动力的小飞船(质量为259千克)。它们是地球人派向太阳系外的第一批“使者”,它们分别探测了木星、土星,继而绕过海王星探测,它们在完成探测任务之后,便向太阳系以外的茫茫星际空间飞去,企图寻找人类的知音。据有关科学家估计,它们20世纪90年代飞出太阳系,并且一去不复返了。

为了遥远的未来有朝一日能让外星太了解地球的情况,在这两艘宇宙飞船上都携带一张地球“名片”——即一块镀金铝质的标志牌,长13.5厘米,宽7.5厘米,厚1.27毫米。该“名片”表达的信息是由美国康奈尔大学行星研究实验室主任、著名天交学家萨根和著名天文学家、搜索地外文明的开拓者德雷克共同设计的,然后由萨根夫人、艺术家琳达·萨根绘制。

先驱者10号所携带的“名片”.jpg

在这张铝制标志牌上绘有一对裸体男女,以向外星人展示地球人的形象,其中的男人举起右手向外星人致敬问候;这两人的背后是按照人的比例缩小的“先驱者号”飞船的外形图。设计者相信,未来截获该飞船的外星朋友将会不难按照这一比例估算出地球人的身高。

画家笔下的先驱者经过土星.jpg该标志牌的左上角有一个哑铃般的图案,表示地球人所认识的宇亩间最丰富的物质——氢分子的结构示意图,左上方绘制的圆周表示氢原子内电子绕核运行的轨道;圆心和圆周上形状的标记,分别给出电子和核的自旋角动量方向;每个氢分子由两个氢原子构成,因此名片中画出了两个圆周,且圆周之间用一根横线连接。

标志牌的左中部用14颗脉冲星的方向线,来表明太阳系在宇宙空间的相对位置;名片下部左边缘的大圆表示太阳,再往右数第三个小圆表示地球,从这里引出的曲线表示“先驱者”号飞船出发的路线。各小圆按行星距太阳的远近分别表示水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星年(2006年划分为矮行星),并给出各行星到太阳的距离,其中第三个小圏画有一条弧线,显示正是它派出的飞船在木星和土星之间向外飞行,从而表明了携带这张名片的飞船的来历。

这种珍贵的金厲“名片”非常结实耐久,即时经过数亿年甚至数十亿年也不会发生变化。假如有一天“先驱者” 10号或11号飞船果真与外星球上的高级智慧生命相遇,外星人是否能读得懂这张“名片”呢?他们能够找到我们吗?

“旅行者”飞船上的“地球之音”唱片

旅行者号所携带的金属唱片.jpg地球之音唱片.jpg

1977年,美国“奥兹玛计划”达到了髙峰。这一年,德雷克教授成功游说美国国家航空航天局在“旅行者”号行星探测器(飞向太阳系以外)上配带了一张镀金铜质声像光盘,光盘的一面有关于地球的信息,另一面则录制了流行音乐和古典音乐。“旅行者”1号和2号探测器分别于1977年8月和9月发射升空,几年之后,它们在完成了对行星际空间的探测任务后飞出太阳系,成为第二批人类的“宇宙使者”,它们像宇宙“漂流瓶”,人们期望它们在茫茫太空能遇到人类的“知音”一外星人。

这对宇宙飞船的大小一样,设计相同,质量达820千克。飞船侧面各用几枚精制螺栓固定着一个铝盒子,盒子里装有一个瓷唱头、一枚钻石唱针和一张镀金铜质音像唱片,它的直径为30.5厘米。铝盒外包装上刻写着用科学语言表达的唱片使用方法。这张盘是地球人带给地外智慧生命的珍贵礼物,称为“地球之音”。这张地球之音盘具有极优的质量,又精心保护在铝盒内,加之它旅行的星际空间处于高真空环境,估计寿命可达10亿年。

“地球之音”中录有当时的美国总统卡特签署的《致外星人的声明》

这艘“旅行者号”宇宙飞船是美利坚合众国建造的。我们是一个具有2亿4千万人类生命的集体,我们与居住在地球上40亿人类共同生存着。我们人类仍以国家划分,但是这些国家正在迅速成为一个单一而又综合的文明世界。

我们向外星致文。此文可能在未来的十亿年中长存,届时我们的文明世界将会发生深刻的变化,地球的面貌也会发生巨大的改变。在银河系中的2亿颗星球中,一些(也许是很多的)星球是有生命居住的天体,都是具有星际公正的文明世界。如果一个这样的文明世界截获了“旅行者号”,而且能够理解这些内容,我仅为此撰写如下的致文:

这是来自一个遥远的小型世界的礼物,它是我们的声音、我们的科学、我们的意念、我们的音乐、我们的思考和我们的情感的象征。我们正努力延缓时光,以期能与你们的时光共融。我们希望有朝一日在解决了所面临的困难之后,能够置身于银河文明世界的共同体之中。这份信息能把我们的希望、我们的决心、我们的亲善传遍广袤而又令人敬畏的宇宙。

美利坚合众国总统 吉米·卡特
1977年6月16日白宫

地球之音的内容极其丰富。唱片的开头是116幅图片。其中天文方面的图片内容有:太阳系的方位图、地球照片、太阳系的参数和太阳光谱,以及太阳、水星、火星和木星照片等。太阳系方位图用二进制编码绘制,展示了太阳与某些脉冲星的相对位置,还表示了“旅行者”号从地球出发时,仙女座星系与太阳系之间的相对位置。太阳系参数图由两张照片组成,图中用数字标出了太阳和它周围行星的直径、质量,行星到太阳的距离、自转周期等。此外,还有反映其他科学的图表、照片,涉及数学、物理学、化学、地质学和生物学,其中有最简单的图形、数学定义、化学定义和物理单位定义等。

旅行者号.jpg其中描绘人、动物、生殖与进化的图片有:人体解剖图,男、女轮廓图,男、女两种性别的性靜官,精子和卵子的结合过程,受精卵细胞分裂,胚胎、胎儿的形态和胎位、分娩,母亲正在给怀中的婴儿哺乳,绘有鱼、蛙、鸟、鹿直至人的介绍脊椎动物进化过程的图解,等等。反映地球人劳动、生活的照片也很丰富。世界著名建筑照片选择了中国的万里长城、联合国大厦、印度的泰姬陵、美国旧金山的金门桥、澳大利亚的悉尼歌剧院等。另外还有各国的风土人情、科学和文明的成就的照片有:在太空行走的宇航员、飞机、火车、大型射电天文望远镜(接收天体发射的无线电波的仪器、阿雷西博射电天文台无线电天文台、脱氧核糖核酸的结构友重组、高倍显微镜、人手的X射线图像等。盘片中还有:牛顿所著(世界体系)一书中的插图说明怎样把一颗炮弹射入轨道;一幅日落图;其中还有一幅中国人吃饭猜拳(也称为划拳)的照片;老师教小学生写字;动物学家在观察黑猩猩的活动;科学家用显微镜观察;许多人正参观古代动物遗骸的照片等等。为了让外星人充分了解地球人的形象特点,有的照片特意标出了大人、孩子、老人的一般身高和体重。

“地球之音”唱片中的35种声响,大都是自然真实的,极少数是模拟的(如行星运杆声、脉冲星产生时发出的隆隆声)。唱片中录制了巨大的火山爆发时发出的隆隆声、令人生畏的1971年澳大利亚地震声、惊天动地的雷鸣声、风雨大作声和流水哗哗声等。唱片中的犬吠声颇为引人注目。此外,还有大象的憨叫声、羊的咩咩声、黑猩猩的怒吼声、鸟鸣、蛙叫、蟋蟀的鸣叫声等。唱片中的人类之声有呼吸声、接吻声、脚步声、心跳声以及笑声,还有6个月婴儿的啼哭声。此外,还有火车声、轮船声、卡车声、拖拉机声和小轿车声、马车声等。

旅行者号目前接近太阳系边缘.jpg

35种自然界声响录音共12分钟,起始为一段令人头晕的回旋声音,表示太阳系的行星在轨道上运行;然后是顺序排列的年代之声——先是地球混沌初开的巨响;接着是汇成江河湖海的大雨声,然后是生命的发生,从冰川时代的寒风中传来的声音,其中有石器时代打击石头的声音,这一段的结尾是一个婴儿呱呱坠地的啼哭声、人类的呼吸和脉搏的录音。

“地球之音”唱片录制的27首世界名曲,代表着地球上不同时代、不同地区和不同民族的音乐。唱片专家小组当时定下了一个高标准,力求把地球上最美好的乐曲献给人类的“知音”——外星智慧生命。乐曲有巴赫的《布兰登堡协奏曲第二号》第一乐章,充满热情洋溢亲切问候;有著名音乐家贝多芬的《降B大调第十三号弦乐四重奏》(作品第130号)第五乐章(小歌),乐曲表达的是人类的痛苦、渴望与理想。还有《新几内亚的住屋》、《秘鲁妇女婚礼歌》、中国的古筝乐曲《高山流水》、吉他曲《茫茫黑夜》等。

在这张寄托着人类寻找地外知音愿望的唱片里,展示了生机勃勃的地球环境与人类的孤寂感。在两个小时里,欲把地球人从古至今最有代表性的一切都告诉外星人,真是谈何容易!当时的联合国瓦尔德海姆秘书长的口述录音是这样说的:

“作为联合国的秘书长,一个包括地球上几乎全部人类的许多个国家组织的代表,我代表我们星球的人民向你们表示敬意。我们走出我们的太阳系进入宇宙,只是为了寻求和平友谊。我们知道,我们的星球和它的全体居民,只不过是浩瀚宇宙中的一小部分。正是带着这种善良的愿望,我们采取了这一步驟。”

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